Charakterisierung einer pflanzlichen Variante des Cytoskelettproteins gamma-Tubulin durch Strukturmodellierung, Überexpression und Analyse der Interaktionspartner

Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

Foot-and-mouth disease virus, but not bovine enterovirus, targets the host cell cytoskeleton via the nonstructural protein 3Cpro.

Foot-and-mouth disease virus (FMDV), a member of the Picornaviridae, is a pathogen of cloven-hoofed animals and causes a disease of major economic importance. Picornavirus-infected cells show changes in cell morphology and rearrangement of cytoplasmic membranes, which are a consequence of virus replication. We show here, by confocal immunofluorescence and electron microscopy, that the changes in morphology of FMDV-infected cells involve changes in the distribution of microtubule and intermediate filament components during infection. Despite the continued presence of centrosomes in infected cells, there is a loss of tethering of microtubules to the microtubule organizing center (MTOC) region. Loss of labeling for -tubulin, but not pericentrin, from the MTOC suggests a targeting of -tubulin (or associated proteins) rather than a total breakdown in MTOC structure. The identity of the FMDV protein(s) responsible was determined by the expression of individual viral nonstructural proteins and their precursors in uninfected cells. We report that the only viral nonstructural protein able to reproduce the loss of -tubulin from the MTOC and the loss of integrity of the microtubule system is FMDV 3Cpro. In contrast, infection of cells with another picornavirus, bovine enterovirus, did not affect -tubulin distribution, and the microtubule network remained relatively unaffected.

Protein expression profiling during chick retinal maturation: a proteomics-based approach

Background: The underlying pathways that drive retinal neurogenesis and synaptogenesis are still relatively poorly understood. Protein expression analysis can provide direct insight into these complex developmental processes. The aim of this study was therefore to employ proteomic analysis to study the developing chick retina throughout embryonic (E) development commencing at day 12 through 13, 17, 19 and post-hatch (P) 1 and 33 days.

Results: 2D proteomic and mass spectrometric analysis detected an average of 1514 spots per gel with 15 spots demonstrating either modulation or constitutive expression identified via MS. Proteins identified included alpha and beta-tubulin, alpha enolase, B-creatine kinase, gamma-actin, platelet-activating factor (PAF), PREDICTED: similar to TGF-beta interacting protein 1, capping protein (actin filament muscle Z line), nucleophosmin 1 (NPM1), dimethylarginine dimethylaminohydrolase, triosphoaphate isomerase, DJ1, stathmin, fatty acid binding protein 7 (FABP7/B-FABP), beta-synuclein and enhancer of rudimentary homologue.

Conclusion: This study builds upon previous proteomic investigations of retinal development and represents the addition of a unique data set to those previously reported. Based on reported bioactivity some of the identified proteins are most likely to be important to normal retinal development in the chick. Continued analysis of the dynamic protein populations present at the early stages and throughout retinal development will increase our understanding of the molecular events underpinning retinogenesis.

Gamma-linolenic acid inhibits both tumour cell cycle progression and angiogenesis in the orthotopic C6 glioma model through changes in VEGF, Flt1, ERK1/2, MMP2, cyclin D1, pRb, p53 and p27 protein expression

Background: Gamma-linolenic acid is a known inhibitor of tumour cell proliferation and migration in both in vitro and in vivo conditions. The aim of the present study was to determine the mechanisms by which gamma-linolenic acid (GLA) osmotic pump infusion alters glioma cell proliferation, and whether it affects cell cycle control and angiogenesis in the C6 glioma in vivo. Methods: Established C6 rat gliomas were treated for 14 days with 5 mM GLA in CSF or CSF alone. Tumour size was estimated, microvessel density (MVD) counted and protein and mRNA expression measured by immunohistochemistry, western blotting and RT-PCR. Results: GLA caused a significant decrease in tumour size (75 +/- 8.8%) and reduced MVD by 44 +/- 5.4%. These changes were associated with reduced expression of vascular endothelial growth factor (VEGF) (71 +/- 16%) and the VEGF receptor Flt1 (57 +/- 5.8%) but not Flk1. Expression of ERK1/2 was also reduced by 27 +/- 7.7% and 31 +/- 8.7% respectively. mRNA expression of matrix metalloproteinase-2 (MMP2) was reduced by 35 +/- 6.8% and zymography showed MMP2 proteolytic activity was reduced by 32 +/- 8.5%. GLA altered the expression of several proteins involved in cell cycle control. pRb protein expression was decreased (62 +/- 18%) while E2F1 remained unchanged. Cyclin D1 protein expression was increased by 42 +/- 12% in the presence of GLA. The cyclin dependent kinase inhibitors p21 and p27 responded differently to GLA, p27 expression was increased (27 +/- 7.3%) while p21 remained unchanged. The expression of p53 was increased (44 +/- 16%) by GLA. Finally, the BrdU incorporation studies found a significant inhibition (32 +/- 11%) of BrdU incorporation into the tumour in vivo. Conclusion: Overall the findings reported in the present study lend further support to the potential of GLA as an inhibitor of glioma cell proliferation in vivo and show it has direct effects upon cell cycle control and angiogenesis. These effects involve changes in protein expression of VEGF, Flt1, ERK1, ERK2, MMP2, Cyclin D1, pRb, p53 and p27. Combination therapy using drugs with other, complementary targets and GLA could lead to gains in treatment efficacy in this notoriously difficult to treat tumour.

Nukleation pflanzlicher Mikrotubuli: Expression relevanter Gene

Die wichtigsten Bestandteile des Cytoskeletts in pflanzlichen Zellen sind die Actinfilamente und die Mikrotubuli. Die Mikrotubuli spielen in der Organisation und der Morphogenese von pflanzlichen Zellen eine wichtige Rolle. Sie sind zusammen mit den Cellulosefibrillen an der Formgebung der Pflanzenzelle beteiligt. Sie bilden das Präprophaseband, das die Zellteilungsebene bestimmt und die Mitosespindel, die für die Trennung der Chromosomen sorgt, sowie den Phragmoplasten, der die Zellwand zwischen den Tochterzellen bildet. Weiterhin geben die Mikrotubuli durch Interaktion mit den Cellulose-Synthase-Komplexen die Richtung der Zellexpansion vor (GRANGER und CYR, 2001; LLOYD und CHAN, 2002; BASKIN, 2002). Die Mikrotubuli sind auch an der Stabilisierung der Zellform und an Transportprozessen beteiligt. Als Bestandteil der Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs) wurde das γ-Tubulin identifiziert, das sehr wahrscheinlich an der Nukleation der Mikrotubuli beteiligt ist, indem es die Assemblierung der αβ-Tubulindimere zu Mikrotubuli einleitet. In tierischen Zellen ist durch intensive Forschung inzwischen relativ viel über die Funktion von γ-Tubulin, vor allem im Verlauf der Zellteilung bekannt, wie z. B. die Lokalisation in Centrosomen mit ihren paarweise angeordneten Centriolen, die die MTOCs darstellen. In pflanzlichen Zellen sind bisher nur wenige Funktionen des Proteins hinreichend geklärt. Die höheren Pflanzen besitzen keine Centriolen und keine Centrosomen. Über die Zellteilung hinaus gibt es kaum Anhaltspunkte über das Vorhandensein oder eventuelle Aufgaben von γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellkulturen und Pflanzengeweben. In dieser Arbeit wurde die Expression über PCR und die Messung des Proteingehalts von cytoskelett-relevanten Proteinen in den Entwicklungsstadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und von Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) von Nicotiana tabacum gemessen. Primäres Ziel war es eine Aussage zu erhalten, in welchem Ausmaß γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellen noch exprimiert wird und ob bzw. wie eine Regulation (transkriptionell oder posttranskriptionell) des γ-Tubulins in der Pflanze stattfindet. Für den Nachweis des γ-Tubulins auf der Proteinebene wurde ein pflanzenspezifischer γ-Tubulin Antikörper zu entwickelt. Bei diesem Antikörper handelte es sich um einen polyklonalen Antikörper, der spezifisch gegen eine Sequenz in pflanzlichem γ-Tubulin gerichtet ist. Dabei zeigte der in der Arbeit entwickelte Antikörper gegen die pflanzliche JOSHI-Domäne spezifische Signale. Der erfolgte Nachweis von γ-Tubulin auf der Proteinebene und der Transkripte zeigte bis in die ältesten untersuchten Stadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und in Geweben der Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) deutliche Signale für γ-Tubulin. Es war somit nicht nur in meristematisch aktiven Zellen und Geweben von Nicotiana tabacum, sondern auch in nichtmitotischen Zellen und Geweben vorhanden. Hierbei war über die Phasen der Zellteilung und der Zellformgebung hinweg auf beiden Ebenen eine parallele Entwicklung mit relativ konstanten starken Signalen zu beobachten. Nach dem Einstellen der Teilungsaktivität fiel der Gehalt an mRNA deutlich ab. Dabei nahm die Konzentration des Proteins im Vergleich zur mRNA zeitlich verzögert ab. Diese Ergebnisse bei der Zellsuspensionskultur (BY-2) und Tabakpflanze (SR1) gehen mit der möglichen Nukleationstätigkeit des Proteins konform. Es waren geringere aber doch deutlichen Signale bei Absterbenden Zellen der Zellkultur, bzw. bei expandierenden und voll expandierten und seneszenten Blättern der Tabakpflanze (SR1) nachzuweisen. Dies lässt die Folgerung zu, dass die nachgewiesene mRNA von γ-Tubulin nicht posttranskriptionell reguliert wird, sondern dass das γ-Tubulin auch eine wichtige Rolle außerhalb der Zellteilung in den postmitotischen Stadien, z. B. als organisierender Faktor bei der Umgestaltung oder Stabilisierung des Mikrotubuli-Cytoskeletts, spielt. Der γ-Tubulin-Gehalt in den Geweben der SR1-Pflanze zeigte über die Zellkultur hinaus, dass die Expression von α-Tubulin nach Einstellen der Teilungsaktivität kontinuierlich abnimmt. Dieses Ergebnis legt die Vermutung nahe, dass γ-Tubulin in älteren Blattgeweben zusätzliche Aufgaben übernehmen könnte, die nicht auf eine gleichzeitige Expression von α-Tubulin angewiesen sind. So kann beispielsweise eine Beteiligung von γ-Tubulin an der Stabilisierung der Mikrotubuli, und damit einhergehend eine Abnahme der dynamischen Instabilität dieser Filamente, eine denkbare Funktion des Proteins in expandierendem und voll expandiertem Gewebe sein. Die Aufgaben von γ-Tubulin in sehr altem Gewebe mit deutlichen Anzeichen der Seneszenz können allerdings nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht eindeutig beantwortet werden und bedürfen weitergehenden Untersuchungen, da dadurch ein die Komplexität und die Dynamik des pflanzlichen Cytoskeletts geklärt werden kann.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

High level protein expression in plants through the use of a novel autonomously replicating geminivirus shuttle vector

We constructed a novel autonomously replicating gene expression shuttle vector, with the aim of developing a system for transiently expressing proteins at levels useful for commercial production of vaccines and other proteins in plants. The vector, pRIC, is based on the mild strain of the geminivirus Bean yellow dwarf virus (BeYDV-m) and is replicationally released into plant cells from a recombinant Agrobacterium tumefaciens Ti plasmid. pRIC differs from most other geminivirus-based vectors in that the BeYDV replication-associated elements were included in cis rather than from a co-transfected plasmid, while the BeYDV capsid protein (CP) and movement protein (MP) genes were replaced by an antigen encoding transgene expression cassette derived from the non-replicating A. tumefaciens vector, pTRAc. We tested vector efficacy in Nicotiana benthamiana by comparing transient cytoplasmic expression between pRIC and pTRAc constructs encoding either enhanced green fluorescent protein (EGFP) or the subunit vaccine antigens, human papillomavirus subtype 16 (HPV-16) major CP L1 and human immunodeficiency virus subtype C p24 antigen. The pRIC constructs were amplified in planta by up to two orders of magnitude by replication, while 50% more HPV-16 L1 and three- to seven-fold more EGFP and HIV-1 p24 were expressed from pRIC than from pTRAc. Vector replication was shown to be correlated with increased protein expression. We anticipate that this new high-yielding plant expression vector will contribute towards the development of a viable plant production platform for vaccine candidates and other pharmaceuticals. © 2009 Blackwell Publishing Ltd.

Synovial membrane protein expression differs between juvenile idiopathic arthritis subtypes in early disease

Introduction: Juvenile idiopathic arthritis (JIA) is the most common rheumatological disease of childhood with a prevalence of around 1 in 1000. Without appropriate treatment it can have devastating consequences including permanent disability from joint destruction and growth deformities. Disease aetiology remains unknown. Investigation of disease pathology at the level of the synovial membrane is required if we want to begin to understand the disease at the molecular and biochemical level. The synovial membrane proteome from early disease-stage, treatment naive JIA patients was compared between polyarticular and oligoarticular subgroups.

Methods: Protein was extracted from 15 newly diagnosed, treatment naive JIA synovial membrane biopsies and separated by two dimensional fluorescent difference in-gel electrophoresis. Proteins displaying a two-fold or greater change in expression levels between the two subgroups were identified by matrix assisted laser desorption ionization-time of flight mass spectrometry with expression further verified by Western blotting and immunohistochemistry.

Results: Analysis of variance analysis (P <= 0.05) revealed 25 protein spots with a two-fold or greater difference in expression levels between polyarticular and oligoarticular patients. Hierarchical cluster analysis with Pearson ranked correlation revealed two distinctive clusters of proteins. Some of the proteins that were differentially expressed included: integrin alpha 2b (P = 0.04); fibrinogen D fragment (P =0.005); collagen type VI (P = 0.03); fibrinogen gamma chain (P = 0.05) and peroxiredoxin 2 (P = 0.02). The identified proteins are involved in a number of different processes including platelet activation and the coagulation system.

Conclusions: The data indicates distinct synovial membrane proteome profiles between JIA subgroups at an early stage in the disease process. The identified proteins also provide insight into differentially perturbed pathways which could influence pathological events at the joint level.

Gene transfection of HEK cells on supermacroporous polyacrylamide monoliths: a comparison of transient and stable recombinant protein expression in perfusion culture

Transient and continuous recombinant protein expression by HEK cells was evaluated in a perfused monolithic bioreactor. Highly porous synthetic cryogel scaffolds (10ml bed volume) were characterised by scanning electron microscopy and tested as cell substrates. Efficient seeding was achieved (94% inoculum retained, with 91-95% viability). Metabolite monitoring indicated continuous cell growth, and endpoint cell density was estimated by genomic DNA quantification to be 5.2x108, 1.1x109 and 3.5x1010 at day 10, 14 and 18. Culture of stably transfected cells allowed continuous production of the Drosophila cytokine Spätzle by the bioreactor at the same rate as in monolayer culture (total 1.2 mg at d18) and this protein was active. In transient transfection experiments more protein was produced per cell compared with monolayer culture. Confocal microscopy confirmed homogenous GFP expression after transient transfection within the bioreactor. Monolithic bioreactors are thus shown to be a flexible and powerful tool for manufacturing recombinant proteins.

Role of Nrf2 in the regulation of CD36 and stress protein expression in murine macrophages - Activation by oxidatively modified LDL and 4-hydroxynonenal

CD36 is an important scavenger receptor mediating uptake of oxidized low- density lipoproteins ( oxLDLs) and plays a key role in foam cell formation and the pathogenesis of atherosclerosis. We report the first evidence that the transcription factor Nrf2 is expressed in vascular smooth muscle cells, and demonstrate that oxLDLs cause nuclear accumulation of Nrf2 in murine macrophages, resulting in the activation of genes encoding CD36 and the stress proteins A170, heme oxygenase- 1 ( HO- 1), and peroxiredoxin I ( Prx I). 4- Hydroxy- 2- nonenal ( HNE), derived from lipid peroxidation, was one of the most effective activators of Nrf2. Using Nrf2- deficient macrophages, we established that Nrf2 partially regulates CD36 expression in response to oxLDLs, HNE, or the electrophilic agent diethylmaleate. In murine aortic smooth muscle cells, expressing negligible levels of CD36, both moderately and highly oxidized LDL caused only limited Nrf2 translocation and negligible increases in A170, HO- 1, and Prx I expression. However, treatment of smooth muscle cells with HNE significantly enhanced nuclear accumulation of Nrf2 and increased A170, HO- 1, and Prx I protein levels. Because PPAR-gamma can be activated by oxLDLs and controls expression of CD36 in macrophages, our results implicate Nrf2 as a second important transcription factor involved in the induction of the scavenger receptor CD36 and antioxidant stress genes in atherosclerosis.

Combined affinity labelling and mass spectrometry analysis of differential cell surface protein expression in normal and prostate cancer cells

Differences in the expression of cell surface proteins between a normal prostate epithelial (1542-NP2TX) and a prostate cancer cell line (1542-CP3TX) derived from the same patient were investigated. A combination of affinity chromatographic purification of biotin-tagged surface proteins with mass spectrometry analysis identified 26 integral membrane proteins and 14 peripheral surface proteins. The findings confirm earlier reports of altered expression in prostate cancer for several cell surface proteins, including ALCAM/CD166, the Ephrin type A receptor, EGFR and the prostaglandin F2 receptor regulatory protein. In addition, several novel findings of differential expression were made, including the voltage-dependent anion selective channel proteins Porin 1 and 2, ecto-5'-nucleotidase (CD73) and Scavenger receptor B1. Cell surface protein expression changed both qualitatively and quantitatively when the cells were grown in the presence of either or both interferon INF alpha and INF gamma. Costimulation with type I and II interferons had additive or synergistic effects on the membrane density of several, mainly peripherally attached surface proteins. Concerted upregulation of surface exposed antigens may be of benefit in immuno-adjuvant-based treatment of interferon-responsive prostate cancer. In conclusion, this study demonstrates that differences in the expression of membrane proteins between normal and prostate cancer cells are reproducibly detectable following vectorial labelling with biotin, and that detailed analysis of extracellular-induced surface changes can be achieved by combining surface-specific labelling with high-resolution two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry.

Evaluation of photodynamic therapy in adhesion protein expression

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

Morphological alterations and gene and protein expression profiling of bladder tumor cells after treatment with gemcitabine.

Chemical agents used in cancer therapy are associated with cell cycle arrest, activation or deactivation of mechanisms associated to DNA repair and apoptosis. However, due to the complexity of biological systems, the molecular mechanisms responsible for these activities are not fully understood. Thus, studies about gene and protein expression have shown promising results for understanding the mechanisms related to cellular responses and regression of cancer after chemotherapy. This study aimed to evaluate the gene and protein expression profiling in bladder transitional cell carcinoma (TCC) with different TP53 status after gemcitabine (1.56 μM) treatment. The RT4 (grade 1, TP53 wild type), 5637 (grade 2, TP53 mutated) and T24 (grade 3, TP53 mutated) cell lines were used. PCR arrays and mass spectrometry were used to analyze gene and protein expression, respectively. Morphological alterations were observed using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The results of PCR array showed that gemcitabine activity was mainly related to CDKN1A, GADD45A and SERTDA1 overexpression, and BAX overexpression only in the wild type TP53 cells. Mass spectrometry demonstrated that gemcitabine modulated the protein expression, especially those from genes related to apoptosis, transport of vesicles and stress response. Analyses using SEM and TEM showed changes in cell morphology independently on the cell line studied. The observed decreased number of microvillus suggests low contact among the cells and between cell and extracellular matrix; irregular forms might indicate actin cytoskeleton deregulation; and the reduction in the amount of organelles and core size might indicate reduced cellular metabolism. In conclusion, independently on TP53 status or grade of bladder tumor, gemcitabine modulated genes related to the cell cycle and apoptosis, that reflected in morphological changes indicative of future cell death.

Analysis of protein expression in zebrafish during gonad differentiation by targeted proteomics

The molecular mechanisms governing sex determination and differentiation in the zebrafish (Danio rerio) are not fully understood. To gain more insights into the function of specific genes in these complex processes, the expression of multiple candidates needs to be assessed, preferably on the protein level. Here, we developed a targeted proteomics method based on selected reaction monitoring (SRM) to study the candidate sex-related proteins in zebrafish which were selected based on a global proteomics analysis of adult gonads and representational difference analysis of male and female DNA, as well as on published information on zebrafish and other vertebrates. We employed the developed SRM protocols to acquire time-resolved protein expression profiles during the gonad differentiation period in vas::EGFP transgenic zebrafish. Evidence on protein expression was obtained for the first time for several candidate genes previously studied only on the mRNA level or suggested by bioinformatic predictions. Tuba1b (tubulin alpha 1b), initially included in the study as one of the potential housekeeping proteins, was found to be preferentially expressed in the adult testis with nearly absent expression in the ovary. The revealed changes in protein expression patterns associated with gonad differentiation suggest that several of the examined proteins, especially Ilf2 and Ilf3 (interleukin enhancer-binding factors 2 and 3), Raldh3 (retinaldehyde dehydrogenase type 3), Zgc:195027 (low density lipoprotein-related receptor protein 3) and Sept5a (septin 5a), may play a specific role in the sexual differentiation in zebrafish.

Trichostatin A reverses skewed expression of CD154, interleukin-10, and interferon-γ gene and protein expression in lupus T cells

In systemic lupus erythematosus (SLE), T helper cells exhibit increased and prolonged expression of cell-surface CD40 ligand (CD154), spontaneously overproduce interleukin-10 (IL-10), but underproduce interferon-gamma (IFN-γ). We tested the hypothesis that the imbalance of these gene products reflects skewed expression of CD154, IL-10, and IFN-γ genes. Here, we demonstrate that the histone deacetylase inhibitor, trichostatin A, significantly down-regulated CD154 and IL-10 and up-regulated IFN-γ gene expression in SLE T cells. This reversal corrected the aberrant expression of these gene products, thereby enhancing IFN-γ production and inhibiting IL-10 and CD154 expression. That trichostatin A can simultaneously reverse the skewed expression of multiple genes implicated in the immunopathogenesis of SLE suggests that this pharmacologic agent may be a candidate for the treatment of this autoimmune disease.