c-Cbl mediates ubiquitination, degradation, and down-regulation of human protease-activated receptor 2

Mechanisms that arrest G-protein-coupled receptor (GPCR) signaling prevent uncontrolled stimulation that could cause disease. Although uncoupling from heterotrimeric G-proteins, which transiently arrests signaling, is well described, little is known about the mechanisms that permanently arrest signaling. Here we reported on the mechanisms that terminate signaling by protease-activated receptor 2 (PAR(2)), which mediated the proinflammatory and nociceptive actions of proteases. Given its irreversible mechanism of proteolytic activation, PAR(2) is a model to study the permanent arrest of GPCR signaling. By immunoprecipitation and immunoblotting, we observed that activated PAR(2) was mono-ubiquitinated. Immunofluorescence indicated that activated PAR(2) translocated from the plasma membrane to early endosomes and lysosomes where it was degraded, as determined by immunoblotting. Mutant PAR(2) lacking intracellular lysine residues (PAR(2)Delta14K/R) was expressed at the plasma membrane and signaled normally but was not ubiquitinated. Activated PAR(2) Delta14K/R internalized but was retained in early endosomes and avoided lysosomal degradation. Activation of wild type PAR(2) stimulated tyrosine phosphorylation of the ubiquitin-protein isopeptide ligase c-Cbl and promoted its interaction with PAR(2) at the plasma membrane and in endosomes in an Src-dependent manner. Dominant negative c-Cbl lacking the ring finger domain inhibited PAR(2) ubiquitination and induced retention in early endosomes, thereby impeding lysosomal degradation. Although wild type PAR(2) was degraded, and recovery of agonist responses required synthesis of new receptors, lysine mutation and dominant negative c-Cbl impeded receptor ubiquitination and degradation and allowed PAR(2) to recycle and continue to signal. Thus, c-Cbl mediated ubiquitination and lysosomal degradation of PAR(2) to irrevocably terminate signaling by this and perhaps other GPCRs.

Activation of the mitogen-activated protein kinase cascade by pertussis toxin-sensitive and -insensitive pathways in cultured ventricular cardiomyocytes.

The involvement of pertussis toxin (PTX)-sensitive and -insensitive pathways in the activation of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade was examined in ventricular cardiomyocytes cultured from neonatal rats. A number of agonists that activate heterotrimeric G-protein-coupled receptors stimulated MAPK activity after exposure for 5 min. These included foetal calf serum (FCS), endothelin-1 (these two being the most effective of the agonists examined), phenylephrine, endothelin-3, lysophosphatidic acid, carbachol, isoprenaline and angiotensin II. Activation of MAPK and MAPK kinase (MEK) by carbachol returned to control levels within 30-60 min, whereas activation by FCS was more sustained. FPLC on Mono Q showed that carbachol and FCS activated two peaks of MEK and two peaks of MAPK (p42MAPK and p44MAPK). Pretreatment of cells with PTX for 24 h inhibited the activation of MAPK by carbachol, FCS and lysophosphatidic acid, but not that by endothelin-1, phenylephrine or isoprenaline. Involvement of G-proteins in the activation of the cardiac MAPK cascade was demonstrated by the sustained (PTX-insensitive) activation of MAPK (and MEK) after exposure of cells to AlF4-. AlF4- activated PtdIns hydrolysis, as did endothelin-1, endothelin-3, phenylephrine and FCS. In contrast, the effect of lysophosphatidic acid on PtdIns hydrolysis was small and carbachol was without significant effect even after prolonged exposure. We conclude that PTX-sensitive (i.e. Gi/G(o)-linked) and PTX-insensitive (i.e. Gq/Gs-linked) pathways of MAPK activation exist in neonatal ventricular myocytes. FCS may stimulate the MAPK cascade through both pathways.

Endothelin signalling in the cardiac myocyte and its pathophysiological relevance

Endothelin A (ET(A)) transmembrane receptors predominate in rat cardiac myocytes. These are G protein-coupled receptors whose actions are mediated by the G(q) heterotrimeric G proteins. Through these, ET-1 binding to ET(A)-receptors stimulates the hydrolysis of membrane phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate to diacylglycerol and inositol 1,4,5-trisphosphate. Diacylglycerol remains in the membrane whereas inositol 1,4,5-trisphosphate is soluble (though its importance in the cardiac myocyte is still debated). Isoforms of the phospholipid-dependent protein kinase, protein kinase C (PKC), are intracellular receptors for diacylglycerol. Cytoplasmic nPKCdelta and nPKCepsilon detect increases in membrane diacylglycerols and translocate to the membrane. This brings about PKC activation, though modifications additional to binding to phospholipids and diacylglycerol are involved. The next event (probably associated with PKC activation) is the activation of the membrane-bound small G protein Ras by exchange of GTP for GDP. Ras.GTP loading translocates Raf family mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase kinases to the membrane, initiates the activation of Raf, and thus activates the extracellular signal-regulated kinase 1/2 (ERK1/2) cascade. Over longer times, two analogous protein kinase cascades, the c-Jun N-terminal kinase and p38-mitogen-activated protein kinase cascades, become activated. As the signals originating from the ET(A) receptor are transmitted through these protein kinase pathways, other signalling molecules become phosphorylated, thus changing their biological activities. For example, ET-1 increases the expression of the c-jun transcription factor gene, and increases abundance and phosphorylation of c-Jun protein. These changes in c-Jun expression and phosphorylation are likely to be important in the regulation of gene transcription.

Transcription profiling of signal transduction-related genes in sugarcane tissues

A collection of 237,954 sugarcane ESTs was examined in search of signal transduction genes. Over 3,500 components involved in several aspects of signal transduction, transcription, development, cell cycle, stress responses and pathogen interaction were compiled into the Sugarcane Signal Transduction (SUCAST) Catalogue. Sequence comparisons and protein domain analysis revealed 477 receptors, 510 protein kinases, 107 protein phosphatases, 75 small GTPases, 17 G-proteins, 114 calcium and inositol metabolism proteins, and over 600 transcription factors. The elements were distributed into 29 main categories subdivided into 409 sub-categories. Genes with no matches in the public databases and of unknown function were also catalogued. A cDNA microarray was constructed to profile individual variation of plants cultivated in the field and transcript abundance in six plant organs (flowers, roots, leaves, lateral buds, and 1(st) and 4(th) internodes). From 1280 distinct elements analyzed, 217 (17%) presented differential expression in two biological samples of at least one of the tissues tested. A total of 153 genes (12%) presented highly similar expression levels in all tissues. A virtual profile matrix was constructed and the expression profiles were validated by real-time PCR. The expression data presented can aid in assigning function for the sugarcane genes and be useful for promoter characterization of this and other economically important grasses.

Prostaglandin E-2 and the Suppression of Phagocyte Innate Immune Responses in Different Organs

The local and systemic production of prostaglandin E-2 (PGE(2)) and its actions in phagocytes lead to immunosuppressive conditions. PGE2 is produced at high levels during inflammation, and its suppressive effects are caused by the ligation of the E prostanoid receptors EP2 and EP4, which results in the production of cyclic AMP. However, PGE(2) also exhibits immunostimulatory properties due to binding to EP3, which results in decreased cAMP levels. The various guanine nucleotide-binding proteins (G proteins) that are coupled to the different EP receptors account for the pleiotropic roles of PGE(2) in different disease states. Here, we discuss the production of PGE(2) and the actions of this prostanoid in phagocytes from different tissues, the relative contribution of PGE(2) to the modulation of innate immune responses, and the novel therapeutic opportunities that can be used to control inflammatory responses.

Proteomic profiling of the molecular targets of interactions of the mastoparan peptide Protopolybia MP-III at the level of endosomal membranes from rat mast cells

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Fosforilação, dessensibilização e internalização de adrenoceptores α1A ativados por noradrenalina e oximetazolina: participação diferencial da PKC e da GRK2

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Detection of an untyped strain of bovine respiratory syncytial virus in a dairy herd

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

New materials for electrochemiluminescence

The study of electrochemiluminescence (ECL) involves photophysical and electrochemical aspects. Excited states are populated by an electrical stimulus. The most important applications are in the diagnostic field where a number of different biologically-relevant molecules (e.g. proteins and nucleic acids) can be recognized and quantified with a sensitivity and specificity previously not reachable. As a matter of fact the electrochemistry, differently to the classic techniques as fluorescence and chemiluminescence, allows to control the excited state generation spatially and temporally. The two research visits into A. J. Bard electrochemistry laboratories were priceless. Dr. Bard has been one of ECL pioneers, the first to introduce the technique and the one who discovered in 1972 the surprising emission of Ru(bpy)3 2+. I consider necessary to thank by now my supervisors Massimo and Francesco for their help and for giving me the great opportunity to know this unique science man that made me feel enthusiastic. I will never be grateful enough… Considering that the experimental techniques of ECL did not changed significantly in these last years the most convenient research direction has been the developing of materials with new or improved properties. In Chapter I the basics concepts and mechanisms of ECL are introduced so that the successive experiments can be easily understood. In the final paragraph the scopes of the thesis are briefly described. In Chapter II by starting from ECL experimental apparatus of Dr. Bard’s laboratories the design, assembly and preliminary tests of the new Bologna instrument are carefully described. The instrument assembly required to work hard but resulted in the introduction of the new technique in our labs by allowing the continuation of the ECL studies began in Texas. In Chapter III are described the results of electrochemical and ECL studies performed on new synthesized Ru(II) complexes containing tetrazolate based ligands. ECL emission has been investigated in solution and in solid thin films. The effect of the chemical protonation of the tetrazolate ring on ECL emission has been also investigated evidencing the possibility of a catalytic effect (generation of molecular hydrogen) of one of the complexes in organic media. Finally, after a series of preliminary studies on ECL emission in acqueous buffers, the direct interaction with calf thymus DNA of some complexes has been tested by ECL and photoluminescence (PL) titration. In Chapter IV different Ir(III) complexes have been characterized electrochemically and photophysically (ECL and PL). Some complexes were already well-known in literature for their high quantum efficiency whereas the remaining were new synthesized compounds containing tetrazolate based ligands analogous to those investigated in Chapt. III. During the tests on a halogenated complex was unexpectedly evidenced the possibility to follow the kinetics of an electro-induced chemical reaction by using ECL signal. In the last chapter (V) the possibility to use mono-use silicon chips electrodes as ECL analitycal devices is under investigation. The chapter begins by describing the chip structure and materials then a signal reproducibility study and geometry optimization is carried on by using two different complexes. In the following paragraphs is reported in detail the synthesis of an ECL label based on Ru(bpy)3 2+ and the chip functionalization by using a lipoic acid SAM and the same label. After some preliminary characterizations (mass spectroscopy TOF) has been demonstrated that by mean of a simple and fast ECL measurement it’s possible to confirm the presence of the coupling product SAM-label into the chip with a very high sensitivity. No signal was detected from the same system by using photoluminescence.

Molekulare Charakterisierung der Centrin-Isoformen in der Retina von Säugetieren

Centrine sind Mitglieder einer hoch konservierten Überfamilie von Ca2+-bindenden Proteinen mit EF-Hand Motiven. Bislang sind vier Centrin-Isoformen bei Säugern beschrieben worden, die in diversen Zellen in der Regel mit Centriolen von Centrosomen oder Centrosomen-verwandten Strukturen assoziiert sind. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die vier Centrin-Isoformen bezüglich der Expression in verschiedenen Geweben untersucht. Dabei lag der Hauptfokus auf Untersuchungen der Centrine in den Photorezeptorzellen der Retina. Analysen auf subzellulärer Ebene brachten Klarheit über die differenzielle Lokalisation der verschiedenen Isoformen in der Retina. Mit Hilfe von verschiedenen Methoden konnten Wechselwirkungspartner in der Retina identifiziert werden, die eine Rolle in der visuellen Signaltransduktionskaskade spielen. Dabei könnten Centrine einem Regelmechanismus angehören, der wichtige Translokationsprozesse dieser Proteine regelt. In den Photorezeptorzellen der Säugetierretina werden die vier Isoformen exprimiert, die in den Strukturen des Cilienapparates differenziell lokalisiert sind. Dabei beschränkt sich ihre Lokalisation entweder auf den Basalkörper (Centrin 4), auf das Verbindungscilium (Centrin 1) oder sie sind in beiden Strukturen zu finden (Centrin 2 und 3). In den nicht- Photorezeptorzellen der Retina sind die Isoformen Centrin 2 und 3 zudem an den Centriolen der Centrosomen lokalisiert. In der vorliegenden Arbeit wurde zum ersten Mal gezeigt, dass alle Centrin-Isoformen in ein und derselben Zelle, der Photorezeptorzelle, koexprimiert werden und dabei subzellulär kolokalisiert sind. Im Weiteren konnte die ubiquitäre Expression von Centrin 2 und 3 in allen untersuchten Geweben an Centrosomen bestätigt werden. Centrin 1 und 4 hingegen werden nur in Geweben mit Cilien-tragenden Zellen exprimiert. Die Funktion der Centrine wird nicht nur durch Bindung von Ca2+, sondern auch durch Phosphorylierungen reguliert. Alle Sequenzen der Centrine weisen diverse mögliche Phosphorylierungsstellen für unterschiedliche Proteinkinasen auf. Die Ergebnisse aller durchgeführten in vitro und ex vivo Phosphorylierungs „Assays“ zeigen eine licht-abhängige Phosphorylierung der Centrin-Isoformen in der Retina. Dabei war in der dunkel-adaptierten Retina die Phosphorylierung vor allem von Centrin 1 und 2 erhöht. Weiterführende Experimente mit Kinase-Inhibitoren wiesen darauf hin, dass vor allem die Proteinkinase CKII eine bedeutende Rolle bei der Centrin-Phosphorylierung in der Retina einnimmt. Centrine sind die ersten Cytoskelettkomponenten, deren Phosphorylierungsgrad lichtabhängig moduliert wird. Diese Ergebnisse weisen auf einen Signalweg, der zwischen der visuellen Signaltransduktionskaskade und der Regulation der Centrin-Aktivität vermittelt, hin. Bei der Suche nach Centrin-Bindungspartnern gelang mit Hilfe von Centrin 1 Blot „Overlay Assays“ der Durchbruch. Der neuartige Ansatz zeigte, dass ausschließlich Ca2+-aktiviertes Centrin 1 mit Proteinen aus der Retina interagierte. Nach der Identifikation eines 37 kDa-Proteins als die β-Untereinheit des visuellen G-Proteins Transducin wurden die Untersuchungen auf diesen Interaktionspartner fokussiert. Die Ergebnisse der hier durchgeführten biochemischen und biophysikalischen Protein-Protein Interaktionsexperimente zeigen insgesamt folgendes: ⇒ Alle vier Centrine interagieren mit Transducin, wobei Centrin 3 die geringste Affinität zu Transducin hat. ⇒ Die Assemblierung der Centrin•G-Protein-Komplexe ist strikt Ca2+-abhängig. ⇒ Die Centrine binden sowohl an das isolierte Gtβγ-Heterodimer als auch an den heterotrimeren Gt-holo-Proteinkomplex, nicht aber an Gtα. Die quantitativen immunoelektronenmikroskopischen Analysen zeigen im Weiteren, dass sich die Komplexe aus Transducin und Centrin 1 bis 3 wahrscheinlich in einer Subdomäne des Verbindungsciliums der Photorezeptorzellen ausbilden. Dabei dürfte die Ausbildung der Komplexe an der Regulation der lichtinduzierten Translokation von Transducin zwischen Innen- und Außensegment der Photorezeptorzellen beteiligt sein. Dieser Translokationsmechanismus wird als ein wichtiger Bestandteil der Langzeitadaption der Signaltransduktionskaskade der Säugerretina diskutiert. Der neuartige Regelmechanismus der molekularen Translokationen, in dem Centrine involviert sind, ist außergewöhnlich und dürfte über die speziellen Photorezeptorzellen hinaus von weit reichender Bedeutung sein.

Untersuchungen zur Induktion von Filopodien durch das Amyloid Precursor Like Protein 1 (APLP1), ein Mitglied der APP-Genfamilie

Die Alzheimer Krankheit ist eine fortschreitendende Demenzerkrankung von der in Deutschland ca. 1,6 Millionen Menschen betroffen sind. Im Gehirn der Patienten finden sich sogenannte amyloide Plaques, deren Hauptbestandteil das Aβ-Protein ist. Dieses Peptid ist ein Spaltprodukt des APP-Proteins (engl. amyloid precursor protein). APP ist das namensgebende Mitglied der APP-Proteinfamilie zu der neben APP die beiden APP-Homologen APLP1 und APLP2 (engl. amyloid precursor like protein) gehören. Obwohl inzwischen über die pathologische Rolle dieser Proteinfamilie bei der Alzheimer Krankheit vieles bekannt ist, bleiben die physiologischen Funktionen dieser Proteine bisher größtenteils ungeklärt. Die vorliegende Arbeit beschreibt erstmals einen APLP1-spezifischen Effekt auf die Ausbildung von Filopodien. Sowohl das humane als auch das murine APLP1 induzierten nach transienter Überexpression die Bildung zahlreicher filopodialer Fortsätze auf der Membran von PC12-Zellen. Vergleichbare Resultate konnten mit beiden APLP1-Proteinen auch auf der Membran von embryonalen (E18.5), cortikalen Neuronen der Ratte gezeigt werden. Dass APLP1 einen derartigen Effekt auf Neuronen und PC12-Zellen zeigt, begründet die Annahme, dass APLP1 in vivo eine Funktion bei der Entwicklung und Differenzierung von Neuronen übernimmt. Anhand von Versuchen mit deletierten APLP1-Proteinen und APLP1/APLP2-Chimärproteinen konnte gezeigt werden, dass die von Exon 5 und Exon 6 codierten Bereiche des APLP1 für die Induktion der Filopodien essentiell sind. Unter Einbeziehung von in ihrer räumlichen Struktur bereits bekannten Domänen und aufgrund von Homologievergleichen der primären Aminosäuresequenz dieser Region mit entsprechenden Bereichen der APP- bzw. APLP2-Proteine wurde die wahrscheinliche Lage der Filopodien-induzierenden Domäne innerhalb des von Exon 6 codierten Bereiches diskutiert. Es konnte ferner gezeigt werden, dass die untersuchte Induktion von Filopodien durch die sogenannte α-Sekretierung moduliert werden kann. Unter den gewählten Versuchsbedingungen war nur membranständiges APLP1, nicht aber sekretiertes APLP1 in der Lage, Filopodien zu induzieren. Abschliessend wurden Ergebnisse gezeigt, die erste Einblicke in Signalkaskaden erlauben, die von APLP1 angesteuert werden und so die Enstehung der Filopodien auslösen. Bezüglich des primären Prozesses der Signalkaskade, der Bindung von APLP1 an einen bisher unbekannten Rezeptor, wurde die Möglichkeit diskutiert, ob APP oder APLP2 oder sogar APLP1 selbst als Rezeptor fungieren könnten. Die beobachteten Prozesse nach Überexpression von APLP1 entsprechen vermutlich einer physiologischen Funktion bei der Differenzierung von Neuronen, die mit der Interaktion einer extrazellulär gelegenen Domäne mit einem Rezeptor beginnt, die Aktivierung einer Signalkaskade zur Akrinreorganisation zu Folge hat und die Entstehung filopodialer Strukturen auslöst.

Charakterisierung funktioneller Domänen von Centrin-Isoformen

Centrine sind kleine Ca2+-bindende Proteine aus der Familie der EF-Hand Proteine. Erstmals wurden Centrine als Hauptbestandteil der kontraktilen Flagellenwurzeln von Grünalgen beschrieben. Mittlerweile konnten Centrine in nahezu allen eukaryotischen Organismen nachgewiesen werden. In Säugetieren wurden bis zu vier Isoformen identifiziert, die an Centrosomen oder davon abgeleiteten Strukturen, wie Spindelpolkörpern und Basalkörper, aber auch in Übergangszonen von Cilien exprimiert werden. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Centrine im zellulären Kontext der Photorezeptorzellen nicht nur durch die Bindung von Ca2+ reguliert werden, sondern auch durch reversible Phosphorylierungen. Die Phosphorylierung der Centrin-Isoformen findet in der Retina von Vertebraten lichtabhängig während der Dunkeladaption statt. Die Protein Kinase CK2 (CK2) ist für die beschriebenen lichtabhängigen Phosphorylierungen hauptverantwortlich. Obwohl alle Centrin-Isoformen mehrere mögliche Zielsequenzen für die CK2 besitzen, kommt es nur zur Phosphorylierung einer einzigen Aminosäure in Cen1p, Cen2p und Cen4p. Im Gegensatz dazu stellt die Isoform Cen3p kein Substrat für die CK2 dar. Zudem wurden hier erstmals Phosphatasen identifiziert, die in der Lage sind Centrine zu dephosphorylieren. Die Dephosphorylierung durch die PP2Cund PP2C ist sehr spezifisch, da keine andere Phosphatase der Retina die CK2-vermittelte Phosphorylierung der Centrine rückgängig machen kann. Hoch auflösende licht- und elektronenmikroskopische Analysen zeigten erstmals, dass die Centrine sowohl mit der CK2 als auch mit der PP2C im Verbindungscilium der Photorezeptorzellen colokalisiert sind. Cen1p und CK2 sind in der Lage, direkt an Mikrotubuli zu binden, was die notwendige räumliche Nähe zwischen Enzymen und Substrat herstellt. Bisherige Arbeiten zeigten, dass alle Centrine Ca2+-abhängig mit dem visuellen G-Protein Transducin interagieren. Diese Wechselwirkung dürfte an der Regulation der lichtabhängigen Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und dem Innensegment der Photorezeptorzelle beteiligt sein. In der vorliegenden Arbeit zeigten Interaktionsstudien, dass die Bindungsaffinitäten der Centrine für Transducin durch die CK2-vermittelte Phosphorylierung drastisch verringert wurden. Dieser beobachtete Effekt beruht auf deutlich verringerten Ca2+-Affinitäten der Centrin-Isoformen nach der CK2-vermittelten Phosphorylierung. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Regulationsmechanismus der Centrine in den Photorezeptorzellen der Vertebraten beschrieben. Centrine werden nicht nur durch Ca2+-Bindung zur Bildung von Protein Komplexen stimuliert, sondern durch die Phosphorylierung zum Auflösen dieser Komplexe angeregt. Damit reguliert die CK2-vermittelte, lichtabhängige Phosphorylierung der Centrine möglicherweise ebenfalls die adaptive Translokation des visuellen G-Proteins Transducin zwischen dem Außen- und Innensegment der Photorezeptorzellen.

Taste receptors in the gut: a chemosensitive mechanism from fish to human

The ingestion of a meal evokes a series of digestive processes, which consist of the essential functions of the digestive system: food transport, secretory activity, absorption of nutrients and the expulsion of undigested residues do not absorbed. The gastrointestinal chemosensitivity is characterized by cellular elements of the endocrine gastrointestinal mucosa and nerve fibers, in particular of vagal nature. A wide range of mediators endocrine and/or paracrine can be released from various endocrine cells in response to nutrients in the diet. These hormones, in addition to their direct activity, act through specific receptors activating some of the most important functions in the control of energy intake and energy homeostasis in the body. For integration of this complex system of control of gastrointestinal chemosensitivity, recent evidence demonstrates the presence of taste receptors (TR) belonging to the family of G proteins coupled receptor expressed in the mucosa of the gastrointestinal tract of different mammals and human. This thesis is divided into several research projects that have been conceived in order to clarify the relationship between TR and nutrients. To define this relationship I have used various scientific approaches, which have gone on to evaluate changes in signal molecules of TR, in particular of the α-transducin in the fasting state and after refeeding with standard diet in the gastrointestinal tract of the pig, the mapping of the same molecule signal in the gastrointestinal tract of fish (Dicentrarchus labrax), the signaling pathway of bitter TR in the STC-1 endocrine cell line and finally the involvement of bitter TR in particular of T2R38 in patients with an excessive caloric intake. The results showed how there is a close correlation between nutrients, TR and hormonal release and how they are useful both in taste perception but also likely to be involved in chronic diseases such as obesity.

Opioids trigger alpha 5 beta 1 integrin-mediated monocyte adhesion

Inflammatory reactions involve a network of chemical and molecular signals that initiate and maintain host response. In inflamed tissue, immune system cells generate opioid peptides that contribute to potent analgesia by acting on specific peripheral sensory neurons. In this study, we show that opioids also modulate immune cell function in vitro and in vivo. By binding to its specific receptor, the opioid receptor-specific ligand DPDPE triggers monocyte adhesion. Integrins have a key role in this process, as adhesion is abrogated in cells treated with specific neutralizing anti-alpha5beta1 integrin mAb. We found that DPDPE-triggered monocyte adhesion requires PI3Kgamma activation and involves Src kinases, the guanine nucleotide exchange factor Vav-1, and the small GTPase Rac1. DPDPE also induces adhesion of pertussis toxin-treated cells, indicating involvement of G proteins other than Gi. These data show that opioids have important implications in regulating leukocyte trafficking, adding a new function to their known effects as immune response modulators.

Efficient coupling of transducin to monomeric rhodopsin in a phospholipid bilayer

G protein-coupled receptors (GPCRs) are seven transmembrane domain proteins that transduce extracellular signals across the plasma membrane and couple to the heterotrimeric family of G proteins. Like most intrinsic membrane proteins, GPCRs are capable of oligomerization, the function of which has only been established for a few different receptor systems. One challenge in understanding the function of oligomers relates to the inability to separate monomeric and oligomeric receptor complexes in membrane environments. Here we report the reconstitution of bovine rhodopsin, a GPCR expressed in the retina, into an apolipoprotein A-I phospholipid particle, derived from high density lipoprotein (HDL). We demonstrate that rhodopsin, when incorporated into these 10 nm reconstituted HDL (rHDL) particles, is monomeric and functional. Rhodopsin.rHDL maintains the appropriate spectral properties with respect to photoactivation and formation of the active form, metarhodopsin II. Additionally, the kinetics of metarhodopsin II decay is similar between rhodopsin in native membranes and rhodopsin in rHDL particles. Photoactivation of monomeric rhodopsin.rHDL also results in the rapid activation of transducin, at a rate that is comparable with that found in native rod outer segments and 20-fold faster than rhodopsin in detergent micelles. These data suggest that monomeric rhodopsin is the minimal functional unit in G protein activation and that oligomerization is not absolutely required for this process.