El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Estabilitat conformacional de variants de la ribonucleasa A: pressió i temperatura com a inductors dels desplegament proteic

A fi d'analitzar la contribució de la regió C-terminal proposada com a iniciadora del plegament (CFIS 106-118) a l'estabilitat de l'RNasa A, els residus alifàtics d'aquesta regió es van substituir, mitjançant mutagènesi dirigida, per altres residus en els quals la cadena lateral alifàtica era rogressivament escurçada. La major part de les substitucions projectades suposaven delecions no disruptives de grups metil(è). A més, es va reemplaçar la Tyr115 per un Trp, de manera que, potencialment, s'introduïa una única sonda fluorescent, no desestabilitzant, per tal de seguir els canvis conformacionals que es poguessin generar en la regió durant el procés de legament/desplegament de la proteïna. Tant els paràmetres cinètics, com els espectres d'FTIR i CD, determinats per cadascuna de les ribonucleases variants, indiquen que els reemplaçaments aminoacídics efectuats presenten, en general, poc o cap efecte en l'estructura nativa i en l'activitat de l'enzim. Es va emprar l'espectroscòpia d'absorció a l'ultraviolat de quarta derivada, la fluorescència (per la variant amb Trp) i l'espectroscòpia d'infraroig per transformada de Fourier, per tal de seguir i caracteritzar, en condicions d'equilibri, les transicions conformacionals de cada variant en funció de la pressió i de la temperatura. Els resultats es van comparar amb els que es van obtenir per la proteïna salvatge. Per determinar més a fons les característiques del procés de desplegament de la variant Y115W, les transicions de desnaturalització induïdes per urea d'aquesta variant i de la proteïna salvatge, van ésser examinades per mitjà d'electroforesi en gradient d'urea i espectroscòpia de fluorescència. Curiosament, els canvis conformacionals que resulten de la desnaturalització per pressió són molt semblants als que s'obtenen per temperatura. Enfront d'un augment gradual tant de pressió com de temperatura, l'estructura terciària i els elements d'estructura secundària de les proteïnes estudiades es perden de manera conjunta i reversible. Aquestes variacions estructurals que es promouen descriuen un procés de desplegament molt cooperatiu i en dos estats. Atès que ambdues tècniques (UV i FTIR) utilitzen cadascuna un règim de concentració proteica molt diferent, els resultats indiquen que el procés de desplegament per pressió i per temperatura és intramolecular. Els resultats obtinguts suggereixen que la hidrofobicitat i el volum de les cadenes laterals del CFIS, juntament amb les interaccions de van der Waals entre elements d'estructura secundària intervenen de manera molt notable en l'estabilització de la proteïna. Entre els diferents aminoàcids alifàtics que pertanyen al CFIS C-terminal, la Val108 és el residu més important per tal de preservar la integritat estructural de l'estat natiu. Els reemplaçaments en aquesta posició causen petites alteracions conformacionals i una gran desestabilització de la proteïna (per exemple, el punt mig de la transició de desnaturalització per pressió i per temperatura de la variant V108G disminueix uns 592 MPa i 25ºC, respectivament, respecte a la proteïna salvatge). D'acord amb els resultats obtinguts, la variant Y115W ofereix una sonda útil per tal de seguir la cinètica de plegament/desplegament de l'RNasa A.

L´onconasa com a model per l´estudi de les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques. Aplicacions a la construcció de ribonucleases amb activitat antimicrobiana

La primera part d'aquest treball s´ha centrat en la caracterització i optimització del procés d'activació de l´onconasa recombinant per tal d'obtenir l´enzim igual a la forma nativa. Per això, les reaccions d'eliminació de la Met-1 i la ciclació de la Glu1, necessàries per generar el piroglutamic han estat seguides per MALDI-TOF MS. La segona part d´aquest treball s´ha centrat en l´estudi de la contribució del pont disulfur 30-75 de l´onconasa a les seves propietats biològiques. Els resultats suggereixen que el potencial redox del citosol cel·lular podria reduir el pont disulfur 30-75 de l´onconasa salvatge afectant la unió onconasa -inhibidor proteic de ribonucleases. La tercera part ha consistit en la construcció de variants de l´HP-RNasa i onconasa amb activitat bactericida. Per això, s´ha introduït el determinant bactericida (YRWR) descrit per la proteïna catiònica d'eosinòfils en els dos enzims. Els resultats obtinguts han evidenciat que les dues ribonucleases amb el determinant bactericida presenten activitat citotòxica contra bacteris gram-negatius preferentment.

Paper del nucli hidrofòbic principal de la RNasa A en el plegament i desplegament induïts per pressió i temperatura

Utilitzant temperatura i pressió com a agents desnaturalitzants s'ha explorat la contribució a l'estabilitat de diferents residus del principal nucli hidrofòbic de la RNasa A. Aquests resutats suggereixen que el principal nucli hidrofòbic d'aquest enzim, està fortament empaquetat i ha revelat l'existència de reordenacions en l'interior de la proteïna. El mètode dels valors , han permès estudiar el paper de les interaccions hidrofòbiques establertes pels residus del principal nucli hidrofòbic de la RNasa A en el seu estat de transició induït per pressió. En conjunt, aquests resultats suggereixen que l'estat de transició de la RNasa A, s'assemblaria a un glòbul col·lapsat amb una cadena estructurada però amb un debilitat nucli hidrofòbic. S'ha explorat també, el paisatge energètic del plegament/desplegament proteic de la variant Y115W de la RNasa A. L'estat de transició sembla interaccionar fortament amb la capa d'hidratació d'aquest estat, tal i com indiquen els resultats en presència de glicerol.

Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

Proteomic analysis of arginine adducts on glyoxal-modified ribonuclease

Accumulation of advanced glycation end-products (AGEs) on proteins is associated with the development of diabetic complications. Although the overall extent of modification of protein by AGEs is limited, localization of these modifications at a few critical sites might have a significant effect on protein structure and function. In the present study, we describe the sites of modification of RNase by glyoxal under physiological conditions. Arg(39) and Arg(85), which are closest to the active site of the enzyme, were identified as the primary sites of formation of the glyoxal-derived dihydroxyimidazolidine and hydroimidazolone adducts. Lower amounts of modification were detected at Arg(10), while Arg(33) appeared to be unmodified. We conclude that dihydroxyimidazolidine adducts are the primary products of modification of protein by glyoxal, that Arg(39) and Arg(85) are the primary sites of modification of RNase by glyoxal, and that modification of arginine residues during Maillard reactions of proteins is a highly selective process.

Mass spectrometric analysis of glucose-modified ribonuclease

RNase A (1 mM) was incubated with glucose (0.4 M) at 37°C for up to 14 days in phosphate buffer (0.2 M, pH 7.4), digested with trypsin and analysed by LC-MS. The major sites of fructoselysine formation were Lys1, Lys7, Lys37 and Lys41. Three of these sites (Lys7, Lys37 and Lys41) were also the major sites of Ne-(carboxymethyl)lysine formation.

Proteomic analysis of the site specificity of glycation and carboxymethylation of ribonuclease

Proteomic analysis using electrospray liquid chromatography-mass spectrometry (ESI-LC-MS) has been used to compare the sites of glycation (Amadori adduct formation) and carboxymethylation of RNase and to assess the role of the Amadori adduct in the formation of the advanced glycation end-product (AGE), N-is an element of-(carboxymethyl)lysine (CIVIL). RNase (13.7 mg/mL, 1 mM) was incubated with glucose (0.4 M) at 37 degreesC for 14 days in phosphate buffer (0.2 M, pH 7.4) under air. On the basis of ESI-LC-MS of tryptic peptides, the major sites of glycation of RNase were, in order, K41, K7, K1, and K37. Three of these, in order, K41, K7, and K37 were also the major sites of CIVIL formation. In other experiments, RNase was incubated under anaerobic conditions (1 mM DTPA, N-2 purged) to form Amadori-modified protein, which was then incubated under aerobic conditions to allow AGE formation. Again, the major sites of glycation were, in order, K41, K7, K1, and K37 and the major sites of carboxymethylation were K41, K7, and K37. RNase was also incubated with 1-5 mM glyoxal, substantially more than is formed by autoxidation of glucose under experimental conditions, but there was only trace modification of lysine residues, primarily at K41. We conclude the following: (1) that the primary route to formation of CIVIL is by autoxidation of Amadori adducts on protein, rather than by glyoxal generated on autoxidation of glucose; and (2) that carboxymethylation, like glycation, is a site-specific modification of protein affected by neighboring amino acids and bound ligands, such as phosphate or phosphorylated compounds. Even when the overall extent of protein modification is low, localization of a high proportion of the modifications at a few reactive sites might have important implications for understanding losses in protein functionality in aging and diabetes and also for the design of AGE inhibitors.

Proteomic method for the quantification of methionine sulfoxide

Glycoxidation and lipoxidation reactions contribute to the chemical modification of proteins during the Maillard reaction. Reactive oxygen species, produced during the oxidation of sugars and lipids in these processes, irreversibly oxidize proteins. Methionine is particularly susceptible to oxidation, yielding the oxidation product methionine sulfoxide (MetSO). Here we describe a method for the analysis of MetSO using proteomic techniques. Using these techniques, we measured MetSO formation on the model protein RNase during aerobic incubations with glucose and arachidonate. We also evaluated the susceptibility of MetSO to reduction by NaBH4, a commonly used reductant in the analysis of Maillard reaction products.

Interactions between the powdery mildew effector BEC1054 and barley proteins identify candidate host targets

There are over 500 candidate secreted effector proteins (CSEPs) or Blumeria effector candidates (BECs) specific to the barley powdery mildew pathogen Blumeria graminis f.sp. hordei. The CSEP/BEC proteins are expressed and predicted to be secreted by biotrophic feeding structures called haustoria. Eight BECs are required for the formation of functional haustoria. These include the RNase-like effector BEC1054 (synonym CSEP0064). In order to identify host proteins targeted by BEC1054, recombinant BEC1054 was expressed in E. coli, solubilized, and used in pull-down assays from barley protein extracts. Many putative interactors were identified by LC-MS/MS after subtraction of unspecific binders in negative controls. Therefore, a directed yeast-2-hybrid assay, developed to measure the effectiveness of the interactions in yeast, was used to validate putative interactors. We conclude that BEC1054 may target several host proteins, including a glutathione-S-transferase, a malate dehydrogenase, and a pathogen-related-5 protein isoform, indicating a possible role for BEC1054 in compromising well-known key players of defense and response to pathogens. In addition, BEC1054 interacts with an elongation factor 1 gamma. This study already suggests that BEC1054 plays a central role in barley powdery mildew virulence by acting at several levels.

Potential sites of triple-helical nucleic acid formation in chromosomes of Rhynchosciara (Diptera: Sciaridae) and Drosophila melanogaster

Antibodies to specific nucleic acid conformations are amongst the methods that have allowed the study of non-canonical (Watson-Crick) DNA structures in higher organisms. In this work, the structural limitations for the immunological detection of DNA.RNA hybrid duplexes were examined using specific RNA homopolymers as probes for homopolymer polydeoxyadenylic acid (poly(dA)).polydeoxythymidylic acid (poly(dT))-rich regions of Rhynchosciara americana (Diptera: Sciaridae) chromosomes. Anti-DNA.RNA duplexes did not react with the complex formed between chromosomal poly(dA) and exogenous polyuridylic acid (poly(rU)). Additionally, poly(rU) prevented the detection of polyadenylic acid.poly(dT) hybrid duplexes preformed in situ. These results raised the possibility that three-stranded structures rather than duplexes were formed in chromosomal sites. To test this hypothesis, the specificity of antibodies to triple-helical nucleic acids was reassessed employing distinct nucleic acid configurations. These antibodies were raised to the poly(dA).poly(rU).poly(rU) complex and have been used here for the first time in immunocytochemistry. Anti-triplex antibodies recognised the complex poly(dA).poly(rU).poly(rU) assembled with poly(rU) in poly(dA).poly(dT)-rich homopolymer regions of R. americana chromosomes. The antibodies could not detect short triplex stretches, suggesting the existence of constraints for triple-helix detection, probably related to triplex tract length. In addition, anti-poly(dA).poly(rU).poly(rU) antibodies reacted with the pericentric heterochromatin of RNase-treated polytene chromosomes of R. americana and Drosophila melanogaster. In apparent agreement with data obtained in cell types from other organisms, the results of this work suggest that significant triple-helix DNA extensions can be formed in pericentric regions of these species.

Transcriptional Processing of the pst Operon of Escherichia coli

The pst operon of Escherichia coli is composed of five genes that encode a high-affinity phosphate transport system. pst belongs to the PHO regulon, which is a group of genes and operons that are induced in response to phosphate limitation. The pst operon also has a regulatory role in the repression of PHO genes` transcription under phosphate excess conditions. Transcription of pst is initiated at the promoter located upstream to the first gene, pstS. Immediately after its synthesis, the primary transcript of pst is cleaved into shorter mRNA molecules in a ribonuclease E-dependent manner. Other ribonucleases, such as RNase III and MazF, do not play a role in pst mRNA processing. RNase E is thus at least partially responsible for processing the pst primary transcript.

Inhibition of myeloperoxidase-mediated protein nitration by tempol: Kinetics, mechanism, and implications

Despite the therapeutic potential of tempol (4-hydroxy-2,2,6,6-tetra-methyl-1-piperidinyloxy) and related nitroxides as antioxidants, their effects on peroxidase-mediated protein tyrosine nitration remain unexplored. This posttranslational protein modification is a biomarker of nitric oxide-derived oxidants, and, relevantly, it parallels tissue injury in animal models of inflammation and is attenuated by tempol treatment. Here, we examine tempol effects on ribonuclease (RNase) nitration mediated by myeloperoxidase (MPO), a mammalian enzyme that plays a central role in various inflammatory processes.. Some experiments were also performed with horseradish peroxidase (HRP). We show that tempol efficiently inhibits peroxidase-mediated RNase nitration. For instance, 10 mu M tempol was able to inhibit by 90% the yield of 290 mu M 3-nitrotyrosine produced from 370 mu M RNase. The effect of tempol was not completely catalytic because part of it was consumed by recombination with RNase-tyrosyl radicals. The second-order rate constant of the reaction of tempol with MPO compound I and 11 were determined by stopped-flow kinetics as 3.3 x 10(6) and 2.6 x 10(4) M-1 s(-1), respectively (pH 7.4, 25 degrees C); the corresponding HRP constants were orders of magnitude smaller. Time-dependent hydrogen peroxide and nitrite consumption and oxygen production in the incubations were quantified experimentally and modeled by kinetic simulations. The results indicate that tempol inhibits peroxidase-mediated RNase nitration mainly because of its reaction with nitrogen dioxide to produce the oxammonium cation, which, in turn, recycles back to tempol by reacting with hydrogen peroxide and superoxide radical to produce oxygen and regenerate nitrite. The implications for nitroxide antioxidant mechanisms are discussed.

Insights into the mechanism of progressive RNA degradation by the archaeal exosome

Initially identified in yeast, the exosome has emerged as a central component of the RNA maturation and degradation machinery both in Archaea and eukaryotes. Here we describe a series of high-resolution structures of the RNase PH ring from the Pyrococcus abyssi exosome, one of them containing three 10-mer RNA strands within the exosome catalytic chamber, and report additional nucleotide interactions involving positions N5 and N7. Residues from all three Rrp41-Rrp42 heterodimers interact with a single RNA molecule, providing evidence for the functional relevance of exosome ring-like assembly in RNA processivity. Furthermore, an ADP-bound structure showed a rearrangement of nucleotide interactions at site N1, suggesting a rationale for the elimination of nucleoside diphosphate after catalysis. In combination with RNA degradation assays performed with mutants of key amino acid residues, the structural data presented here provide support for a model of exosome-mediated RNA degradation that integrates the events involving catalytic cleavage, product elimination, and RNA translocation. Finally, comparisons between the archaeal and human exosome structures provide a possible explanation for the eukaryotic exosome inability to catalyze phosphate-dependent RNA degradation.

Trypanosoma cruzi: establishment of permeable cells for RNA processing analysis with drugs

Pre-mRNA maturation in trypanosomatids occurs through a process called trans-splicing which involves excision of introns and union of exons in two independent transcripts. For the first time, we present the standardization of Trypanosoma cruzi permeable cells (Y strain) as a model for trans-splicing study of mRNAs in trypanosomes, following by RNase protection reaction, which localizes the SL exon and intron. This trans-splicing reaction in vitro was also used to analyze the influence of NFOH-121, a nitrofurazone-derivative, on this mechanism. The results suggested that the prodrug affects the RNA processing in these parasites, but the trans-splicing reaction still occurred.