Biochemical properties of RuvBD113N: a mutation in helicase motif II of the RuvB hexamer affects DNA binding and ATPase activities.

Many DNA helicases utilise the energy derived from nucleoside triphosphate hydrolysis to fuel their actions as molecular motors in a variety of biological processes. In association with RuvA, the E. coli RuvB protein (a hexameric ring helicase), promotes the branch migration of Holliday junctions during genetic recombination and DNA repair. To analyse the relationship between ATP-dependent DNA helicase activity and branch migration, a site-directed mutation was introduced into the helicase II motif of RuvB. Over-expression of RuvBD113N in wild-type E. coli resulted in a dominant negative UVs phenotype. The biochemical properties of RuvBD113N were examined and compared with wild-type RuvB in vitro. The single amino acid substitution resulted in major alterations to the biochemical activities of RuvB, such that RuvBD113N was defective in DNA binding and ATP hydrolysis, while retaining the ability to form hexameric rings and interact with RuvA. RuvBD113N formed heterohexamers with wild-type RuvB, and could inhibit RuvB function by affecting its ability to bind DNA. However, heterohexamers exhibited an ability to promote branch migration in vitro indicating that not all subunits of the ring need to be catalytically competent.

Escherichia coli RuvBL268S: a mutant RuvB protein that exhibits wild-type activities in vitro but confers a UV-sensitive ruv phenotype in vivo.

The RuvABC proteins of Escherichia coli process recombination intermediates during genetic recombination and DNA repair. RuvA and RuvB promote branch migration of Holliday junctions, a process that extends heteroduplex DNA. Together with RuvC, they form a RuvABC complex capable of Holliday junction resolution. Branch migration by RuvAB is mediated by RuvB, a hexameric ring protein that acts as an ATP-driven molecular pump. To gain insight into the mechanism of branch migration, random mutations were introduced into the ruvB gene by PCR and a collection of mutant alleles were obtained. Mutation of leucine 268 to serine resulted in a severe UV-sensitive phenotype, characteristic of a ruv defect. Here, we report a biochemical analysis of the mutant protein RuvBL268S. Unexpectedly, the purified protein is fully active in vitro with regard to its ATPase, DNA binding and DNA unwinding activities. It also promotes efficient branch migration in combination with RuvA, and forms functional RuvABC-Holliday junction resolvase complexes. These results indicate that RuvB may perform some additional, and as yet undefined, function that is necessary for cell survival after UV-irradiation.

CT angiography helps to differentiate acute from chronic carotid occlusion: "carotid ring sign".

INTRODUCTION: Currently, there is no reliable method to differentiate acute from chronic carotid occlusion. We propose a novel CTA-based method to differentiate acute from chronic carotid occlusions that could potentially aid clinical management of patients. METHODS: We examined 72 patients with 89 spontaneously occluded extracranial internal carotids with CT angiography (CTA). All occlusions were confirmed by another imaging modality and classified as acute (imaging <1 week of presumed occlusion) orchronic (imaging >4 weeks), based on circumstantial clinical and radiological evidence. A neuroradiologist and a neurologist blinded to clinical information determined the site of occlusion on axial sections of CTA. They also looked for (a) hypodensity in the carotid artery (thrombus), (b) contrast within the carotid wall (vasa vasorum), (c) the site of the occluded carotid, and (d) the "carotid ring sign" (defined as presence of a and/or b). RESULTS: Of 89 occluded carotids, 24 were excluded because of insufficient circumstantial evidence to determine timing of occlusion, 4 because of insufficient image quality, and 3 because of subacute timing of occlusion. Among the remaining 45 acute and 13 chronic occlusions, inter-rater agreement (kappa) for the site of proximal occlusion was 0.88, 0.45 for distal occlusion, 0.78 for luminal hypodensity, 0.82 for wall contrast, and 0.90 for carotid ring sign. The carotid ring sign had 88.9% sensitivity, 69.2% specificity, and 84.5% accuracy to diagnose acute occlusion. CONCLUSION: The carotid ring sign helps to differentiate acute from chronic carotid occlusion. If further confirmed, this information may be helpful in studying ischemic symptoms and selecting treatment strategies in patients with carotid occlusions.

Contrasting tree-ring data with fire record in a pine-dominated landscape in the Komi Republic (Eastern European Russia) : recovering a common climate signal

Abstract

The V-ATPase proteolipid cylinder promotes the lipid-mixing stage of SNARE-dependent fusion of yeast vacuoles.

The V-ATPase V(0) sector associates with the peripheral V(1) sector to form a proton pump. V(0) alone has an additional function, facilitating membrane fusion in the endocytic and late exocytic pathways. V(0) contains a hexameric proteolipid cylinder, which might support fusion as proposed in proteinaceous pore models. To test this, we randomly mutagenized proteolipids. We recovered alleles that preserve proton translocation, normal SNARE activation and trans-SNARE pairing but that impair lipid and content mixing. Critical residues were found in all subunits of the proteolipid ring. They concentrate within the bilayer, close to the ring subunit interfaces. The fusion-impairing proteolipid substitutions stabilize the interaction of V(0) with V(1). Deletion of the vacuolar v-SNARE Nyv1 has the same effect, suggesting that both types of mutations similarly alter the conformation of V(0). Also covalent linkage of subunits in the proteolipid cylinder blocks vacuole fusion. We propose that a SNARE-dependent conformational change in V(0) proteolipids might stimulate fusion by creating a hydrophobic crevice that promotes lipid reorientation and formation of a lipidic fusion pore.

Toxicokinetic modeling of folpet fungicide and its ring-biomarkers of exposure in humans.

A human in vivo toxicokinetic model was built to allow a better understanding of the toxicokinetics of folpet fungicide and its key ring biomarkers of exposure: phthalimide (PI), phthalamic acid (PAA) and phthalic acid (PA). Both PI and the sum of ring metabolites, expressed as PA equivalents (PAeq), may be used as biomarkers of exposure. The conceptual representation of the model was based on the analysis of the time course of these biomarkers in volunteers orally and dermally exposed to folpet. In the model, compartments were also used to represent the body burden of folpet and experimentally relevant PI, PAA and PA ring metabolites in blood and in key tissues as well as in excreta, hence urinary and feces. The time evolution of these biomarkers in each compartment of the model was then mathematically described by a system of coupled differential equations. The mathematical parameters of the model were then determined from best fits to the time courses of PI and PAeq in blood and urine of five volunteers administered orally 1 mg kg(-1) and dermally 10 mg kg(-1) of folpet. In the case of oral administration, the mean elimination half-life of PI from blood (through feces, urine or metabolism) was found to be 39.9 h as compared with 28.0 h for PAeq. In the case of a dermal application, mean elimination half-life of PI and PAeq was estimated to be 34.3 and 29.3 h, respectively. The average final fractions of administered dose recovered in urine as PI over the 0-96 h period were 0.030 and 0.002%, for oral and dermal exposure, respectively. Corresponding values for PAeq were 24.5 and 1.83%, respectively. Finally, the average clearance rate of PI from blood calculated from the oral and dermal data was 0.09 ± 0.03 and 0.13 ± 0.05 ml h(-1) while the volume of distribution was 4.30 ± 1.12 and 6.05 ± 2.22 l, respectively. It was not possible to obtain the corresponding values from PAeq data owing to the lack of blood time course data.

The human Rad52 protein exists as a heptameric ring.

The RAD52 epistasis group was identified in yeast as a group of genes required to repair DNA damaged by ionizing radiation [1]. Genetic evidence indicates that Rad52 functions in Rad51-dependent and Rad51-independent recombination pathways [2] [3] [4]. Consistent with this, purified yeast and human Rad52 proteins have been shown to promote single-strand DNA annealing [5] [6] [7] and to stimulate Rad51-mediated homologous pairing [8] [9] [10] [11]. Electron microscopic examinations of the yeast [12] and human [13] Rad52 proteins have revealed their assembly into ring-like structures in vitro. Using both conventional transmission electron microscopy and scanning transmission electron microscopy (STEM), we found that the human Rad52 protein forms heptameric rings. A three-dimensional (3D) reconstruction revealed that the heptamer has a large central channel. Like the hexameric helicases such as Escherichia coli DnaB [14] [15], bacteriophage T7 gp4b [16] [17], simian virus 40 (SV40) large T antigen [18] and papilloma virus E1 [19], the Rad52 rings show a distinctly chiral arrangement of subunits. Thus, the structures formed by the hexameric helicases may be a more general property of other proteins involved in DNA metabolism, including those, such as Rad52, that do not bind and hydrolyze ATP.

An Unusual Uterine Tumor With Signet Ring Cell Features.

In 2004, a 56-year-old woman was diagnosed with Stage IA follicular lymphoma in a cervical lymph node biopsy. The patient experienced total remission after local radiation therapy. In 2009, a control computed tomography scan evidenced a pelvic mass, prompting total hysterectomy. The latter harbored a 4.8-cm intramural uterine tumor corresponding to a mostly diffuse and focally nodular proliferation of medium to large cells, with extensive, periodic acid-Schiff negative, signet ring cell changes, and a pan-keratin negative, CD20+, CD10+, Bcl2+, Bcl6+ immunophenotype. Molecular genetic studies showed the same clonal IGH gene rearrangement in the lymph node and the uterus, establishing the uterine tumor as a relapse of the preceding follicular lymphoma, although no signet ring cells were evidenced at presentation. Uterine localization of lymphomas is rare, and lymphomas with signet ring cell features are uncommon. This exceptional case exemplifies a diagnostically challenging situation and expands the differential diagnosis of uterine neoplasms displaying signet ring cell morphology.

Bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring

La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV dans le centre de masse) et haute luminosité (1034 cm-2s-1), pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haute intensité, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. Cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l'année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positron), est le sujet central de ce rapport. L'expérience de combinaison des paquets d'électrons consiste à accélérer cinq impulsions dont les paquets d'électrons sont espacés de 10 cm, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dont les paquets d'électrons sont espacés de 2 cm, multipliant ainsi la fréquence des paquets d'électrons, ainsi que la charge par impulsion, par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures RF résonnantes sur un mode déflecteur, qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de l'orbite du faisceau. Ce mécanisme impose plusieurs contraintes de dynamique de faisceau comme l'isochronicité, ainsi que des tolérances spécifiques sur les paquets d'électrons, qui sont définies dans ce rapport. Les études pour la conception de la Phase Préliminaire du CTF3 sont détaillées, en particulier le nouveau procédé d'injection avec les déflecteurs RF. Les tests de haute puissance réalisés sur ces cavités déflectrices avant leur installation dans l'anneau sont également décrits. L'activité de mise en fonctionnement de l'expérience est présentée en comparant les mesures faites avec le faisceau aux simulations et calculs théoriques. Finalement, les expériences de multiplication de fréquence des paquets d'électrons sont décrites et analysées. On montre qu'une très bonne efficacité de combinaison est possible après optimisation des paramètres de l'injection et des déflecteurs RF. En plus de l'expérience acquise sur l'utilisation de ces déflecteurs, des conclusions importantes pour les futures activités CTF3 et CLIC sont tirées de cette première démonstration de la multiplication de fréquence des paquets d'électrons par injection RF dans un anneau isochrone.<br/><br/>The Compact LInear Collider (CLIC) collaboration studies the possibility of building a multi-TeV (3 TeV centre-of-mass), high-luminosity (1034 cm-2s-1) electron-positron collider for particle physics. The CLIC scheme is based on high-frequency (30 GHz) linear accelerators powered by a low-energy, high-intensity drive beam running parallel to the main linear accelerators (Two-Beam Acceleration concept). One of the main challenges to realize this scheme is to generate the drive beam in a low-frequency accelerator and to achieve the required high-frequency bunch structure needed for the final acceleration. In order to provide bunch frequency multiplication, the main manipulation consists in sending the beam through an isochronous combiner ring using radio-frequency (RF) deflectors to inject and combine electron bunches. However, such a scheme has never been used before, and the first stage of the CLIC Test Facility 3 (CTF3) project aims at a low-charge demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring. This proof-of-principle experiment, which was successfully performed at CERN in 2002 using a modified version of the LEP (Large Electron Positron) pre-injector complex, is the central subject of this report. The bunch combination experiment consists in accelerating in a linear accelerator five pulses in which the electron bunches are spaced by 10 cm, and combining them in an isochronous ring to obtain one pulse in which the electron bunches are spaced by 2 cm, thus achieving a bunch frequency multiplication of a factor five, and increasing the charge per pulse by a factor five. The combination is done by means of RF deflecting cavities that create a time-dependent bump inside the ring, thus allowing the interleaving of the bunches of the five pulses. This process imposes several beam dynamics constraints, such as isochronicity, and specific tolerances on the electron bunches that are defined in this report. The design studies of the CTF3 Preliminary Phase are detailed, with emphasis on the novel injection process using RF deflectors. The high power tests performed on the RF deflectors prior to their installation in the ring are also reported. The commissioning activity is presented by comparing beam measurements to model simulations and theoretical expectations. Eventually, the bunch frequency multiplication experiments are described and analysed. It is shown that the process of bunch frequency multiplication is feasible with a very good efficiency after a careful optimisation of the injection and RF deflector parameters. In addition to the experience acquired in the operation of these RF deflectors, important conclusions for future CTF3 and CLIC activities are drawn from this first demonstration of the bunch frequency multiplication by RF injection into an isochronous ring.<br/><br/>La collaboration CLIC (Compact LInear Collider, collisionneur linéaire compact) étudie la possibilité de réaliser un collisionneur électron-positon linéaire à haute énergie (3 TeV) pour la recherche en physique des particules. Le projet CLIC se fonde sur l'utilisation de cavités accélératrices à haute fréquence (30 GHz). La puissance nécessaire à ces cavités est fournie par un faisceau d'électrons de basse énergie et de haut courant, appelé faisceau de puissance, circulant parallèlement à l'accélérateur linéaire principal (procédé appelé « Accélération à Double Faisceau »). Dans ce schéma, un des principaux défis est la réalisation du faisceau de puissance, qui est d'abord généré dans un complexe accélérateur à basse fréquence, puis transformé pour obtenir une structure temporelle à haute fréquence nécessaire à l'alimentation des cavités accélératrices de l'accélérateur linéaire principal. La structure temporelle à haute fréquence des paquets d'électrons est obtenue par le procédé de multiplication de fréquence, dont la manipulation principale consiste à faire circuler le faisceau d'électrons dans un anneau isochrone en utilisant des déflecteurs radio-fréquence (déflecteurs RF) pour injecter et combiner les paquets d'électrons. Cependant, ce type de manipulation n'a jamais été réalisé auparavant et la première phase de la troisième installation de test pour CLIC (CLIC Test Facility 3 ou CTF3) a pour but la démonstration à faible charge du procédé de multiplication de fréquence par injection RF dans un anneau isochrone. L'expérience consiste à accélérer cinq impulsions, puis à les combiner dans un anneau isochrone pour obtenir une seule impulsion dans laquelle la fréquence des paquets d'électrons et le courant sont multipliés par cinq. Cette combinaison est réalisée au moyen de structures déflectrices RF qui créent dans l'anneau une déformation locale et dépendante du temps de la trajectoire du faisceau. Les résultats de cette expérience, qui a été réalisée avec succès au CERN au cours de l?année 2002 en utilisant une version modifiée du pré-injecteur du grand collisionneur électron-positon LEP (Large Electron Positon), sont présentés en détail.

Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.