Biochemical characterization and DNA binding properties of the MocR family member GabR, a PLP-dependent transcription factor

GabR è un fattore di trascrizione chimerico appartenente alla famiglia dei MocR/GabR, costituito da un dominio N-terminale elica-giro-elica di legame al DNA e un dominio effettore e/o di oligomerizzazione al C-terminale. I due domini sono connessi da un linker flessibile di 29 aminoacidi. Il dominio C-terminale è strutturalmente omologo agli enzimi aminotransferasici fold-type I, i quali, utilizzando il piridossal-5’-fosfato (PLP) come cofattore, sono direttamente coinvolti nel metabolismo degli aminoacidi. L’interazione contemporanea di PLP e acido γ-aminobutirrico (GABA) a GabR fa sì che questa promuova la trascrizione di due geni, gabT e gabD, implicati nel metabolismo del GABA. GabR cristallizza come un omodimero con una configurazione testa-coda. Il legame con la regione promotrice gabTD avviene attraverso il riconoscimento specifico di due sequenze dirette e ripetute (ATACCA), separate da uno spacer di 34 bp. In questo studio sono state indagate le proprietà biochimiche, strutturali e di legame al DNA della proteina GabR di Bacillus subtilis. L’analisi spettroscopica dimostra che GabR interagisce con il PLP formando l’aldimina interna, mentre in presenza di GABA si ottiene l’aldimina esterna. L’interazione fra il promotore gabTD e le forme holo e apo di GabR è stata monitorata mediante Microscopia a Forza atomica (AFM). In queste due condizioni di legame è stata stimata una Kd di circa 40 ηM. La presenza di GABA invece, determinava un incremento di circa due volte della Kd, variazioni strutturali nei complessi GabR-DNA e una riduzione del compattamento del DNA alla proteina, indipendentemente dalla sequenza del promotore in esame. Al fine di valutare il ruolo delle caratteristiche topologiche del promotore, sono state inserite cinque e dieci bp all’interno della regione spacer che separa le due sequenze ripetute dirette riconosciute da GabR. I significativi cambiamenti topologici riscontrati nel frammento aggiunto di cinque bp si riflettono anche sulla forte riduzione dell’affinità di legame verso la proteina. Al contrario, l’inserzione di 10 bp provoca solamente l’allontanamento delle sequenze ripetute dirette. L’assenza quindi di cambiamenti significativi nella topologia di questo promotore fa sì che l’affinità di legame per GabR rimanga pressoché inalterata rispetto al promotore non mutato. L’analisi del potenziale elettrostatico superficiale di GabR mostra la presenza di una fascia carica positivamente che si estende lungo un’intera faccia della proteina. Per verificare l’importanza di questa caratteristica di GabR nel meccanismo di interazione al DNA, sono stati preparati ed indagati i mutanti R129Q e K362-366Q, in cui la carica positiva superficiale risultava indebolita. L’affinità di legame dei mutanti di GabR per il DNA era inferiore rispetto alla proteina non mutata, in particolar modo nel mutante K362-366Q. Le evidenze acquisite suggeriscono che la curvatura intrinseca del promotore ed il corretto orientamento delle sequenze sulla doppia elica, più della distanza che le separa, siano critici per sostenere l’interazione con GabR. Oltre a questo, la superficie positiva di GabR è richiesta per accomodare la curvatura del DNA sul corpo della proteina. Alla luce di questo, l’interazione GabR-gabTD è un esempio di come il riconoscimento specifico di sequenze, la topologia del DNA e le caratteristiche strutturali della proteina siano contemporaneamente necessarie per sostenere un’interazione proteina-DNA stabile.

A Binaural Cochlear Implant Sound Coding Strategy Inspired by the Contralateral Medial Olivocochlear Reflex.

OBJECTIVES: In natural hearing, cochlear mechanical compression is dynamically adjusted via the efferent medial olivocochlear reflex (MOCR). These adjustments probably help understanding speech in noisy environments and are not available to the users of current cochlear implants (CIs). The aims of the present study are to: (1) present a binaural CI sound processing strategy inspired by the control of cochlear compression provided by the contralateral MOCR in natural hearing; and (2) assess the benefits of the new strategy for understanding speech presented in competition with steady noise with a speech-like spectrum in various spatial configurations of the speech and noise sources. DESIGN: Pairs of CI sound processors (one per ear) were constructed to mimic or not mimic the effects of the contralateral MOCR on compression. For the nonmimicking condition (standard strategy or STD), the two processors in a pair functioned similarly to standard clinical processors (i.e., with fixed back-end compression and independently of each other). When configured to mimic the effects of the MOCR (MOC strategy), the two processors communicated with each other and the amount of back-end compression in a given frequency channel of each processor in the pair decreased/increased dynamically (so that output levels dropped/increased) with increases/decreases in the output energy from the corresponding frequency channel in the contralateral processor. Speech reception thresholds in speech-shaped noise were measured for 3 bilateral CI users and 2 single-sided deaf unilateral CI users. Thresholds were compared for the STD and MOC strategies in unilateral and bilateral listening conditions and for three spatial configurations of the speech and noise sources in simulated free-field conditions: speech and noise sources colocated in front of the listener, speech on the left ear with noise in front of the listener, and speech on the left ear with noise on the right ear. In both bilateral and unilateral listening, the electrical stimulus delivered to the test ear(s) was always calculated as if the listeners were wearing bilateral processors. RESULTS: In both unilateral and bilateral listening conditions, mean speech reception thresholds were comparable with the two strategies for colocated speech and noise sources, but were at least 2 dB lower (better) with the MOC than with the STD strategy for spatially separated speech and noise sources. In unilateral listening conditions, mean thresholds improved with increasing the spatial separation between the speech and noise sources regardless of the strategy but the improvement was significantly greater with the MOC strategy. In bilateral listening conditions, thresholds improved significantly with increasing the speech-noise spatial separation only with the MOC strategy. CONCLUSIONS: The MOC strategy (1) significantly improved the intelligibility of speech presented in competition with a spatially separated noise source, both in unilateral and bilateral listening conditions; (2) produced significant spatial release from masking in bilateral listening conditions, something that did not occur with fixed compression; and (3) enhanced spatial release from masking in unilateral listening conditions. The MOC strategy as implemented here, or a modified version of it, may be usefully applied in CIs and in hearing aids.