Cyclopropane-1,1-dicarboxylate is a slow-, tight-binding inhibitor of rice ketol-acid reductoisomerase

Ketol-acid reductoisomerase (EC 1.1.1.86) catalyses the second reaction in the biosynthesis of the branched-chain amino acids. The reaction catalyzed consists of two stages, the first of which is an alkyl migration from one carbon atom to its neighbour. The likely transition state is therefore a cyclopropane derivative, and cyclopropane-1,1-dicarboxylate(CPD) has been reported to inhibit the Escherichia coli enzyme. In addition, this compound causes the accumulation of the substrate of ketol-acid reductoisomerase in plants. Here, we investigate the inhibition of the purified rice enzyme. The cDNA was cloned, and the recombinant protein was expressed in E. coli, purified and characterized kinetically. The purified enzyme is strongly inhibited by cyclopropane-1,1-dicarboxylate, with an inhibition constant of 90 nM. The inhibition is time-dependent and this is due to the low rate constants for formation (2.63 X 10(5) M-1 min(-1)) and dissociation (2.37 x 10(-2) min(-1)) of the enzyme-inhibitor complex. Other cyclopropane derivatives are much weaker inhibitors while dimethylmalonate is moderately effective. (c) 2004 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques et les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués : synthèses et applications

Les cyclopropanes sont des motifs d’une grande importance puisqu’ils sont présents dans plusieurs molécules biologiquement actives en plus d’être de puissants intermédiaires dans la synthèse de molécules complexes. Au cours de cet ouvrage, nous avons développé une nouvelle méthode générale pour la synthèse d’ylures d’iodonium de malonates, soit d’importants précurseurs d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques. Ainsi, à l’aide de ces ylures, une méthode très efficace pour la synthèse d’esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques racémiques a été développée. Des travaux ont aussi été entrepris pour la synthèse énantiosélective de ces composés. Par ailleurs, les esters cyclopropane-1,1-dicarboxyliques ont été utilisés dans le développement de deux nouvelles méthodologies, soit dans une réaction de cycloaddition (3+3) avec des imines d’azométhines et dans la formation d’allènes par l’addition-1,7 de cuprates. Nous avons aussi poursuivi l’étude synthétique du cylindrocyclophane F impliquant l’utilisation de cyclopropanes pour le contrôle des centres chiraux. Ainsi l’addition-1,5 d’un cuprate sur un ester cyclopropane-1,1-dicarboxylique a été utilisée comme l’une des étapes clés de notre synthèse. L’autre centre chiral a pu être contrôlé par l’hydrogénolyse sélective d’un cyclopropylméthanol. Ces études ont, par ailleurs, mené au développement d’une nouvelle réaction d’arylcyclopropanation énantiosélective utilisant des carbénoïdes de zinc générés in situ à partir de réactifs diazoïques. Cette méthode permet d’accéder très efficacement aux cyclopropanes 1,2,3-substitués. De plus, nous avons développé la première réaction de Simmons-Smith catalytique en zinc menant à un produit énantioenrichi.

Synthèse et utilisation de dérivés de cyclopropane-1,1-diesters énantioenrichis vers l'obtention d'allènes hautement substitués

Le présent mémoire a pour sujet le développement d’une méthode rapide et efficace vers la production d’allènes hautement substitués à partir de dérivés cyclopropaniques électrophiles énantioenrichis. L’avancement de méthodes synthétiques intéressantes pour la production asymétrique de ces dérivés de cyclopropane-1,1-diesters sera également présenté. Dans un premier temps, les différentes méthodes de synthèses des cyclopropanes activés seront abordées, ainsi que leur utilisation dans la préparation de molécules plus complexes. Par la suite, les techniques précédentes de préparation asymétrique des allènes seront introduites, démontrant ainsi la difficulté de leur accessibilité. Le développement d’une méthode fiable pour la synthèse de cyclopropane-1,1-diesters utilisant les ylures d’iodonium sera présenté. Finalement, l’accessibilité à plusieurs types d’allènes hautement substitués par l’utilisation de cuprates sera détaillée. Dans une seconde partie, il sera davantage question de l’accessibilité des cyclopropane-1,1-diesters énantioenrichis. Ces derniers sont d’un intérêt particulier, car ils constituent le point de départ de notre méthodologie précédente. Le développement d’une méthode pouvant être utilisée à grande échelle et à faible coût a donc été explorée. Les deux derniers chapitres présenteront donc les tentatives de générer ces cyclopropanes activés par résolution cinétique ou encore par l’hydrogénation asymétrique des cyclopropènes correspondants.

Evidence for 1-(Malonylamino)cyclopropane-1-Carboxylic Acid Being the Major Conjugate of Aminocyclopropane-1-Carboxylic Acid in Tomato Fruit1

Tomato (Lycopersicon esculentum Miller) fruit discs fed with [2,3-14C]1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC) formed 1-malonyl-ACC (MACC) as the major conjugate of ACC in fruit throughout all ripening stages, from immature-green through the red-ripe stage. Another conjugate of ACC, γ-glutamyl-ACC (GACC), was formed only in mature-green fruit in an amount about 10% of that of MACC; conjugation of ACC into GACC was not detected in fruits at other ripening stages. No GACC formation was observed from etiolated mung bean (Vigna radiata [L.] Wilczek) hypocotyls, etiolated common vetch (Vicia sativum L.) epicotyls, or pea (Pisum sativum L.) root tips, etiolated epicotyls, and green stem tissue, where active conversion of ACC into MACC was observed. GACC was, however, formed in vitro in extracts from fruit of all ripening stages. GACC formation in an extract from red fruit at pH 7.15 was only about 3% of that at pH 8.0, the pH at which most assays were run. Our present in vivo data support the previous contention that MACC is the major conjugate of ACC in plant tissues, whereas GACC is a minor, if any, conjugate of ACC. Thus, our data do not support the proposal that GACC formation could be more important than MACC formation in tomato fruit.

Rapid and sensitive hormonal profiling of complex plant samples by liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem mass spectrometry

Background Plant hormones play a pivotal role in several physiological processes during a plant's life cycle, from germination to senescence, and the determination of endogenous concentrations of hormones is essential to elucidate the role of a particular hormone in any physiological process. Availability of a sensitive and rapid method to quantify multiple classes of hormones simultaneously will greatly facilitate the investigation of signaling networks in controlling specific developmental pathways and physiological responses. Due to the presence of hormones at very low concentrations in plant tissues (10-9 M to 10-6 M) and their different chemistries, the development of a high-throughput and comprehensive method for the determination of hormones is challenging. Results The present work reports a rapid, specific and sensitive method using ultrahigh-performance liquid chromatography coupled to electrospray ionization tandem spectrometry (UPLC/ESI-MS/MS) to analyze quantitatively the major hormones found in plant tissues within six minutes, including auxins, cytokinins, gibberellins, abscisic acid, 1-amino-cyclopropane-1-carboxyic acid (the ethylene precursor), jasmonic acid and salicylic acid. Sample preparation, extraction procedures and UPLC-MS/MS conditions were optimized for the determination of all plant hormones and are summarized in a schematic extraction diagram for the analysis of small amounts of plant material without time-consuming additional steps such as purification, sample drying or re-suspension. Conclusions This new method is applicable to the analysis of dynamic changes in endogenous concentrations of hormones to study plant developmental processes or plant responses to biotic and abiotic stresses in complex tissues. An example is shown in which a hormone profiling is obtained from leaves of plants exposed to salt stress in the aromatic plant, Rosmarinus officinalis.

Silencing of the ACC synthase gene ACACS2 causes delayed flowering in pineapple [Ananas comosus (L.) Merr.]

Flowering is a crucial developmental stage in the plant life cycle. A number of different factors, from environmental to chemical, can trigger flowering. In pineapple, and other bromeliads, it has been proposed that flowering is triggered by a small burst of ethylene production in the meristem in response to environmental cues. A 1-amino-cyclopropane-1-carboxylate synthase (ACC synthase) gene has been cloned from pineapple (ACACS2), which is induced in the meristem under the same environmental conditions that induce flowering. Two transgenic pineapple lines have been produced containing co-suppression constructs designed to down-regulate the expression of the ACACS2 gene. Northern analysis revealed that the ACACS2 gene was silenced in a number of transgenic plants in both lines. Southern hybridization revealed clear differences in the methylation status of silenced versus non-silenced plants by the inability of a methylation-sensitive enzyme to digest within the ACACS2 DNA extracted from silenced plants, indicating that methylation is the cause of the observed co-suppression of the ACACS2 gene. Flowering characteristics of the transgenic plants were studied under field conditions in South East Queensland, Australia. Flowering dynamics studies revealed significant differences in flowering behaviour, with transgenic plants exhibiting silencing showing a marked delay in flowering when compared with non-silenced transgenic plants and control non-transformed plants. It is argued that the ACACS2 gene is one of the key contributors towards triggering 'natural flowering' in mature pineapples under commercial field conditions.

Isomers of 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6,13-dicarboxylate characterized as cobalt(III) complexes

The major trans (1) and minor cis (2) isomers of 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6,13-dicarboxylate have been characterized as the complexes [Co(1)](ClO4) and [Co(H-2)(OH2)]Cl(ClO4).H2O. The former crystallized in the C-2/c space group and the latter in the P2(1)/c space group, with cell parameters a 16.258(7), b 9.050(3), c 15.413(6) Angstrom, beta133.29(3)degrees, and a 9.694(4), b 16.135(1), c 12.973(5) Angstrom, beta 93.00(2)degrees, respectively. Their characterization completes identification of the respective trans and cis isomers for the series of C-pendant macrocycles also including 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6-amine-13-carboxylate ((3), (4)) and 1,4,8,11-tetraazacyclotetradecane-6,13-diamine ((5), (6)). The complexes show limited distortion from octahedral geometry with the strain in the presence of the coordinated C-pendant carboxylate significantly reduced compared with that for the C-pendant amine in analogues, a consequence mainly of six-membered as opposed to five-membered chelate rings involving the pendant donor. A comparison of the physical properties for the trans isomers of the octahedral complexes of (1), (3), and (5), which reflect progressively increasing strain, is presented.

Synthèse diastéréosélective et énantiosélective de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitués à l’aide de carbénoïdes gem-dizinciques

Les dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés sont des composés intéressants dans de nombreux domaines de la chimie. Au cours de cet ouvrage, nous nous sommes intéressés à la synthèse, tout d’abord diastéréosélective puis énantiosélective de ces composés. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’utilisation de la zinciocyclopropanation pour l’obtention de ces dérivés cyclopropaniques 1,2,3-substitutés. Cette méthode consiste en l’utilisation d’un carbénoïde gem-dizincique pour effectuer une réaction de type Simmons-Smith. Cette stratégie a l’avantage d’être diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur qu’est l’oxygène allylique basique. Lors de cette réaction, l’existence d’une réaction compétitive avec un réactif monozincique diminuait l’utilité de la zinciocyclopropanation. L’issue de la réaction s’est avérée dépendre fortement de la nature du carbénoïde utilisé, de la température réactionnelle et de la présence de ZnI2 dans le milieu. L’étude par GCMS de nombreuses conditions pour la formation des différents carbénoïdes a permis d’identifier les paramètres clés conduisant à la zinciocyclopropanation. Ces découvertes ont notamment permis d’étendre la réaction de zinciocyclopropanation aux alcools allyliques portant un seul groupement directeur (ie. non dérivé du 1,4-buténediol). Dans ces conditions, la réaction s’est avérée extrêmement diastéréosélective favorisant la formation du zinciocyclopropane dont l’atome de zinc est dans une configuration cis avec le groupement directeur. Afin de fonctionnaliser les zinciocyclopropanes ainsi obtenus, plusieurs réactions de fonctionnalisation in situ ont été développées. Chacune de ces méthodes a montré une conservation totale de la diastéréosélectivité obtenue lors de la réaction de zinciocyclopropanation. La versatilité de la zinciocyclopropanation a donc été démontrée. Avec une méthode diastéréosélective efficace pour la formation de zinciocyclopropanes à partir d’alcools allyliques ne portant qu’un seul groupement directeur, il est devenu possible d’envisager le développement énantiosélectif de la réaction. L’utilisation d’un dioxaborolane énantiopur a permis la zinciocyclopropanation avec de très bons excès énantiomères de divers alcools allyliques chiraux. La présence sur la même molécule d’un lien C–Zn nucléophile est d’un atome de bore électrophile a conduit à un échange bore-zinc in situ, formant un cyclopropylborinate énantioenrichi. La formation de ce composé bicyclique a permis d’obtenir une diastéréosélectivité parfaite. De nombreux alcools allyliques ont pu ainsi être convertis en cyclopropylborinates. Une réaction de Suzuki subséquente a permis la formation de dérivés cyclopropaniques 1,2,3-trisubstitués avec de très bons excès énantiomères et une excellente diastéréosélectivité. Les cyclopropylborinates obtenus à l’issue de la zinciocyclopropanation énantiosélective se sont avérés être des unités très versatiles puisque de nombreuses méthodes ont pu être développés pour leur fonctionnalisation.

Nucleophilic ring-opening of Methyl 1- Nitrocyclopropanecarboxylates

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Hydrolyse assistée par micro-ondes : synthèse de cystéines a-substituées sur échelle multi-grammes; Synthèse catalytique énantiosélective d’alkylidènecyclopropanes 1,1-di-accepteurs

Le présent mémoire est subdivisé en deux principaux sujets. Le premier porte sur le développement d’une hydrolyse de thiazolidines assistée par micro-ondes en vue d’obtenir des cystéines a-substituées. Le second est axé sur le développement d’une méthodologie pour la synthèse catalytique énantiosélective d’alkylidènecyclopropanes 1,1-di-accepteurs. Dans un premier temps, les rôles et les utilités des acides aminés quaternaires, plus spécifiquement des cystéines a-substituées, seront abordés, puis une revue des différentes méthodes énantiosélectives pour accéder à ces unités sera effectuée. Par la suite, le développement d’une méthode rapide et efficace d’hydrolyse sous irradiation aux micro-ondes de thiazolines sera présenté. Finalement, les études menant à l’application de cette méthode à la synthèse de cystéines -substituées sur grande échelle au moyen de réacteurs en écoulement dynamique et à haut criblage seront détaillées. Dans la seconde partie, les applications ainsi que les synthèses générales des alkylidènecyclopropanes en synthèse organique seront décrites. Plus particulièrement, les applications spécifiques des alkylidènecyclopropanes 1,1-di-accepteurs ainsi que leurs synthèses seront traitées de manière exhaustive. Par la suite, le développement d’une méthodologie énantiosélective catalytique pour la synthèse d’alkylidènecyclopropanes 1,1-di-accepteurs sera présenté. L’extension de cette méthodologie à la synthèse de dérivés cyclopropanes et cyclopropènes, ainsi que l’application de réactions stéréospécifiques pour les alkylidènecyclopropanes 1,1-di-accepteurs seront brièvement discutées.

The 'glial' glutamate transporter, EAAT2 (Glt-1) accounts for high affinity glutamate uptake into adult rodent nerve endings

The excitatory amino acid transporters (EAAT) removes neurotransmitters glutamate and aspartate from the synaptic cleft. Most CNS glutamate uptake is mediated by EAAT2 into glia, though nerve terminals show evidence for uptake, through an unknown transporter. Reverse-transcriptase PCR identified the expression of EAAT1, EAAT2, EAAT3 and EAAT4 mRNAs in primary cultures of mouse cortical or striatal neurones. We have used synaptosomes and glial plasmalemmal vesicles (GPV) from adult mouse and rat CNS to identify the nerve terminal transporter. Western blotting showed detectable levels of the transporters EAAT1 (GLAST) and EAAT2 (Glt-1) in both synaptosomes and GPVs. Uptake of [3H]D-aspartate or [3H]L-glutamate into these preparations revealed sodium-dependent uptake in GPV and synaptosomes which was inhibited by a range of EAAT blockers: dihydrokainate, serine-o-sulfate, l-trans-2,4-pyrrolidine dicarboxylate (PDC) (+/-)-threo-3-methylglutamate and (2S,4R )-4-methylglutamate. The IC50 values found for these compounds suggested functional expression of the 'glial, transporter, EAAT2 in nerve terminals. Additionally blockade of the majority EAAT2 uptake sites with 100 micro m dihydrokainate, failed to unmask any functional non-EAAT2 uptake sites. The data presented in this study indicate that EAAT2 is the predominant nerve terminal glutamate transporter in the adult rodent CNS.

Reaction of 2-methyl-1,4-naphthoquinone and its 3-substituted derivatives with active methylene group anions and with diazo compounds

The reaction of 2-chloro-3-methyl-1,4-naphthoquinone (3) with the anion of ethyl cyanoacetate led to a mixture of two epimeric fused-ring cyclopropane compounds, characterised as exo- and endo-1-cyano-1 -ethoxycarbonyl-1a-methyl-1a,7a-dihydro-1H-cyclopropa[b]naphthalene-2,7-dione (8) and (9). Various hydrolysis products of these were prepared and an X-ray crystallographic analysis was carried out on one of them, 1-carbamoyl-1 -carboxy-1a-methyl-1a,7a-dihydro-1H-cyclopropa[b]-naphthalene-2,7-dione (17). The reaction of 2-methyl-1,4-naphthoquinone (1) with ethyl diazoacetate gave a fused pyrazoline derivative, 3-ethoxycarbonyl-4-hydroxy-9a-methyl-1,9a-dihydro-benz[f]indazol-9-one (22), while reaction of 2-methyl-3-nitro-1,4-naphthoquinone (5) with diazomethane led to a fused Δ2-isoxazoline N-oxide, 3a-methyl-3,3a-dihydroisoxazolo[3,4-b]naphthalene-4,9-dione 1-oxide (26).

Molecular cloning and functional analysis of SUT-1, a sulfate transporter from human high endothelial venules

High endothelial venules (HEV) are specialized postcapillary venules found in lymphoid organs and chronically inflamed tissues that support high levels of lymphocyte extravasation from the blood. One of the major characteristics of HEV endothelial cells (HEVEC) is their capacity to incorporate large amounts of sulfate into sialomucin-type counter-receptors for the lymphocyte homing receptor L-selectin. Here, we show that HEVEC express two functional classes of sulfate transporters defined by their differential sensitivity to the anion-exchanger inhibitor 4,4′-diisothiocyanostilbene-2,2′-disulfonic acid (DIDS), and we report the molecular characterization of a DIDS-resistant sulfate transporter from human HEVEC, designated SUT-1. SUT-1 belongs to the family of Na+-coupled anion transporters and exhibits 40–50% amino acid identity with the rat renal Na+/sulfate cotransporter, NaSi-1, as well as with the human and rat Na+/dicarboxylate cotransporters, NaDC-1/SDCT1 and NaDC-3/SDCT2. Functional expression studies in cRNA-injected Xenopus laevis oocytes showed that SUT-1 mediates high levels of Na+-dependent sulfate transport, which is resistant to DIDS inhibition. The SUT-1 gene mapped to human chromosome 7q33. Northern blotting analysis revealed that SUT-1 exhibits a highly restricted tissue distribution, with abundant expression in placenta. Reverse transcription–PCR analysis indicated that SUT-1 and the diastrophic dysplasia sulfate transporter (DTD), one of the two known human DIDS-sensitive sulfate transporters, are coexpressed in HEVEC. SUT-1 and DTD could correspond, respectively, to the DIDS-resistant and DIDS-sensitive components of sulfate uptake in HEVEC. Together, these results demonstrate that SUT-1 is a distinct human Na+-coupled sulfate transporter, likely to play a major role in sulfate incorporation in HEV.