Recombinant expression of molluscan hemocyanin (KLH) substructures in a prokaryotic system: E. coli

The recombinant expression of 19 different substructures of KLH in the prokaryotic sys-tem E. coli has been successfully achieved: each one of the eight single FUs a to h of both isoforms, KLH1 and KLH2, two substructures consisting of two consecutive FUs (KLH1-bc and KLH1-gh) as well as a cDNA encompassing KLH1-abc. All recombinant proteins, fused to an N-terminal 6xHis tag, have successfully been detected by immuno precipitation using monoclonal α-His-antibodies and polyclonal α-KLH1- and α-KLH2-antibodies. One exception remained: SP-KLH2-a, which was not detected by the α-His-antibodies. This allows speculations as to whether the coexpressed signal peptide can lead, at one hand, to the secretion of the recombinant protein, and on the other to the simultaneous cut-off of the leader peptide, which results in the splitting off of even more N-terminal 6xHis tag, leading to failed recognition by the appropriate antibodies. The comparison of native KLH with recombinantly expressed prokaryotic (E. coli) and eukaryotic (Sf9 insect cells) KLH was done using FU-1h. The weak detection by the polyclonal α-KLH1-antibodies of both recombinantly expressed proteins showed that the native protein was the best recognized. For the prokaryotic one, both the denaturation applied for solubilisation of the bacterial inclusion bodies and the inability of bacterial cells to add N-linked glycosylation, are the reason for the poor hybridization. In contrast, KLH1-h expressed in eukaryotic insect cells is likely to be glycosylated. The incubation with the α-KLH1-antibodies resulting in the same weak detection, however, revealed that the linked carbohydrate side chains are not those expected. The establishment of SOE-PCR, together with further improvement, has enabled the generation of a clone encompassing the complete subunit KLH1-abcdefgh. The se-quence analysis compared to the original KLH1 sequence showed, however, that the resulting recombinant protein is defective in two histidines, required for the copper bind-ing sites in FU-1b and FU-1d and in three disulfide bridges (FU-1a, FU-1b and FU 1g). This is due to polymerase-related nucleotide exchanges, resulting in a changed amino acid sequence. Nevertheless, all eight potential N-glycosylation sites are present, leading to the speculation that the recombinant protein can in theory be fully glycosylated, which is the most important aspect for the clinical applicability of recombinant KLH as an im-munotherapeutic agent. The improvement of this method elaborated during the present work indicates bright prospects for the future generation of a correct cDNA sequence encoding for the complete KLH2 subunit.

Structures of two molluscan hemocyanin genes: Significance for gene evolution

We present here the description of genes coding for molluscan hemocyanins. Two distantly related mollusks, Haliotis tuberculata and Octopus dofleini, were studied. The typical architecture of a molluscan hemocyanin subunit, which is a string of seven or eight globular functional units (FUs, designated a to h, about 50 kDa each), is reflected by the gene organization: a series of eight structurally related coding regions in Haliotis, corresponding to FU-a to FU-h, with seven highly variable linker introns of 174 to 3,198 bp length (all in phase 1). In Octopus seven coding regions (FU-a to FU-g) are found, separated by phase 1 introns varying in length from 100 bp to 910 bp. Both genes exhibit typical signal (export) sequences, and in both cases these are interrupted by an additional intron. Each gene also contains an intron between signal peptide and FU-a and in the 3′ untranslated region. Of special relevance for evolutionary considerations are introns interrupting those regions that encode a discrete functional unit. We found that five of the eight FUs in Haliotis each are encoded by a single exon, whereas FU-f, FU-g, and FU-a are encoded by two, three and four exons, respectively. Similarly, in Octopus four of the FUs each correspond to an uninterrupted exon, whereas FU-b, FU-e, and FU-f each contain a single intron. Although the positioning of the introns between FUs is highly conserved in the two mollusks, the introns within FUs show no relationship either in location nor phase. It is proposed that the introns between FUs were generated as the eight-unit polypeptide evolved from a monomeric precursor, and that the internal introns have been added later. A hypothesis for evolution of the ring-like quaternary structure of molluscan hemocyanins is presented.

Developmental expression of two Haliotis asinina hemocyanin isoforms

Hemocyanins are large copper-containing respiratory proteins that play a role in oxygen transport in many molluscs. In some species only one hemocyanin isoform is present while in others two are expressed. The physiological relevance of these isoforms is unclear and the developmental and tissue-specific expression of hemocyanin genes is largely unknown. Here we show that two hemocyanin genes in the gastropod Haliotis asinina, which encode H. asinina hemocyanin (HaH1) and HaH2 isoforms, are developmentally expressed. These genes initially are expressed in a small number of mesenchyme cells at trochophore and pre-torsional veliger stages, with HaH1 expression slightly preceding HaH2. These cells largely are localized to the visceral mass, although a small number of cells are present in head and foot regions. Following metamorphosis the isoforms show overlapping as well as isoform-specific expression profiles, suggesting some degree of isoform-specific function.

Kryoelektronenmikroskopie von Proteinen: 3D-Struktur (12 A) des Hämocyanins der Schnecke Haliotis

Zusammenfassung:Die Quartärstruktur des respiratorischen Proteins Hämocyanin (Isoform HtH1) aus der marinen Schnecke Haliotis tuberculata wurde vermittels Kryoelektronen-mikroskopie und 3D-Rekonstruktion untersucht. Das Molekül ist zylinderförmig, hat einen Durchmesser von ca. 35 nm und besteht aus einer Zylinderwand und einem internen Kragenkomplex. Dieser wiederum besteht aus einem Collar und einem Arc.Die kryoelektronenmikroskopischen Aufnahmen von in glasartigem Eis fixierten HtH1-Molekülen brachte eine enorme Verbesserung der Anzahl der zur Verfügung stehenden Ansichtswinkel gegenüber den negativkontrastierten Molekülen, die auf Karbonfilm präpariert waren.Die 3D-Rekonstruktion des HtH1 mittels Aufnahmen bei drei verschiedenen Defo-kuswerten verbesserte die Auflösung noch einmal deutlich gegenüber den Rekon-struktionen, die aus Aufnahmen bei einem festen Defokuswert gemacht wurden, und zwar auf 12 Å. Das Molekül besitzt eine D5-Symmetrie.Aus dieser bisher genausten Rekonstruktion eines Molluskenhämocyanins aus EM-Bildern ließen sich folgende neue Strukturdetails ableiten:· Ein Untereinheitendimer konnte als Repeating Unit im Dekamer des HtH1 beschrieben werden.· Das Untereinheitendimer konnte aus der 3D-Dichtekarte isoliert werden. Es be-steht eindeutig aus 16 Massen, die funktionellen Domänen entsprechen. Zwei dieser Massen bilden den Collar, zwei den Arc und 12 das Wandsegment.· Die gegenläufige Anordnung der beiden Untereinheiten innerhalb dieses Unte-reinheitendimers konnten bestätigt und auf zwei Möglichkeiten eingeschränkt werden.· Die Zahl der alternativen Anordnungen der 16 funktionellen Domänen (HtH1-a bis HtH1-h) im Untereinheitendimer konnten von 80 auf 2 eingeengt werden.· Es konnte über molekulares Modellieren mithilfe einer publizierten Kristallstruk-tur eine 3D-Struktur fastatomarer Auflösung der funktionellen Domäne HtH1-g berechnet werden.· Die funktionelle Domäne HtH1-g konnte als Domänenpaar plausibel in die 3D?Dichtekarte des Untereinheitendimers eingepasst werden, und zwar in die beiden Massen des Arc.Aus der elektronenmikroskopisch gewonnenen Dichtekarte wurde mit Hilfe des

3D-electron microscopy of different conformations of cephalopod hemocyanins

Die Hämocyanine der Cephalopoden Nautilus pompilius und Sepia officinalis sorgen für den Sauerstofftransport zwischen den Kiemen und den Geweben. Sie bestehen aus einem zylindrischen Dekamer mit interner Kragenstruktur. Während eine Untereinheit (also eine Polypeptidkette) bei NpH aus sieben paralogen funktionellen Domänen (FU-a bis FU-g) besteht, führte ein Genduplikationsereignis der FU-d zu acht FUs in SoH (a, b, c, d, d´, e, f, g). In allen Mollusken Hämocyaninen bilden sechs dieser FUs den äußeren Ring und die restlichen die interne Kragenstruktur. rnrnIn dieser Arbeit wurde ein dreidimensionales Modell des Hämocyanins von Sepia officinalis (SoH) erstellt. Die Rekonstruktion, mit einer Auflösung von 8,8Å (FSC=0,5), erlaubt das Einpassen von Homolologiemodellen und somit das Erstellen eines molekularen Modells mit pseudo atomarer Auflösung. Des Weiteren wurden zwei Rekonstruktionen des Hämocyanins von Nautilus pompilius (NpH) in verschiedenen Oxygenierungszuständen erstellt. Die auf 10 und 8,1Å aufgelösten Modelle zeigen zwei verschiedene Konformationen des Proteins. Daraus ließ sich eine Modellvorstellung über die allosterische Funktionsweise ableiten. Die hier erreichte Auflösung von 8Å ist die momentan höchste eines Molluskenhämocyanins. rnAuf Grundlage des molekularen Modells von SoH konnte die Topologie des Proteins aufgeklärt werden. Es wurde gezeigt, dass die zusätzliche FU-d´ in den Kragen integriert ist und somit die prinzipielle Wandarchitektur aller Mollusken Hämocyanine identisch ist. Wie die Analyse des erstellten molekularen Modells zeigt werden sind die beiden Isoformen (SoH1 und SoH2) in den Bereichen der Interfaces nahezu identisch; auch der Vergleich mit NpH zeigt grosse Übereinstimmungen. Des weiteren konnte eine Fülle von Informationen bezüglich der allosterischen Signalübertragung innerhalb des Moleküls gewonnen werden. rnDer Versuch, NpH in verschiedenen Oxygenierungszuständen zu zeigen, war erfolgreich. Die Datensätze, die unter zwei atmosphärischen Bedingungen präpariert wurden, führten reproduzierbar zu zwei unterschiedlichen Rekonstruktionen. Dies zeigt, daß der hier entwickelte experimentelle Ansatz funktioniert. Er kann nun routinemäßig auf andere Proteine angewandt werden. Wie der strukturelle Vergleich zeigte, verändert sich die Orientierung der FUs durch die Oxygenierung leicht. Dies wiederum beeinflusst die Anordnung innerhalb der Interfaces sowie die Abstände zwischen den beteiligten Aminosäuren. Aus dieser Analyse konnte eine Modellvorstellung zum allosterischen Signaltransfer innerhalb des Moleküls abgeleitet werden, die auf einer Umordnung von Salzbrücken basiert.

Molekularbiologische Charakterisierung der beiden Untereinheiten des Mega-Hämocyanins der Schnecke Melanoides tuberculata

Bei dem 2010 von unserer Arbeitsgruppe entdeckten Mega-Hämocyanin handelt es sich um einen stark abgewandelten Typ des respiratorischen Proteins Hämocyanin, bestehend aus zwei flankierenden regulären Dekameren und einem zentralen Mega-Dekamer. Diese sind aus zwei immunologisch verschiedenen Untereinheiten mit ~400 bzw. ~550 kDa aufgebaut, die in unserer Arbeitsgruppe bereits proteinbiochemisch charakterisiert wurden. Im Zuge dieser Untersuchungen konnte zudem eine 3D-Rekonstruktion des Oligomers (13,5 MDa) mit einer Auflösung von 13Å erstellt werden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Aufklärung der Primärstruktur beider Polypeptide bei der Schnecke Melanoides tuberculata (MtH). Es gelang, die cDNAs der beiden Untereinheiten vollständig zu sequenzieren. Die zu typischen Dekameren assemblierende MtH400-Untereinheit umfasst 3445 Aminosäuren und besitzt eine theoretische Molekularmasse von 390 kDa. Nach dem Signalpeptid von 23 Aminosäuren Länge folgen die für Gastropoden-Hämocyanine typischen funktionellen Einheiten FU-a bis FU-h. Insgesamt verfügt die MtH400-Untereinheit über sechs potentielle N-Glykosylierungsstellen. Die MtH550-Untereinheit, welche mit 10 Kopien das Mega-Dekamer bildet, umfasst 4999 Aminosäuren und besitzt eine theoretische Molekularmasse von 567 kDa. Damit handelt es sich bei dieser Untereinheit um die zweitgrößte jemals bei einem Protein detektierte Polypeptidkette. Die MtH550-Untereinheit besteht aus einem Signalpeptid von 20 Aminosäuren Länge und den typischen Wand-FUs (FU-a bis FU-f). Daran anschließend folgen sechs weitere Varianten der FU-f (FU-f1 bis FU-f6). Die MtH550-Untereinheit verfügt über insgesamt zwölf potentielle N-Glykosylierungsstellen. Anhand der ermittelten Primärstrukturdaten wird klar, dass der auffällig vergrößerte Kragenbereich des Mega-Dekamers aus je 10 Kopien der FU-f1 bis FU-f6 besteht. Die ermittelten Sequenzdaten der beiden MtH-Untereinheiten weisen im Vergleich zu anderen Hämocyanin Sequenzen einige sehr charakteristische Indels sowie unübliche N-Glykosylierungsstellen auf. Es war zudem möglich, anhand einer molekularen Uhr den Entstehungszeitpunkt des Mega-Hämocyanins zu datieren (145 ± 35 MYA). Sowohl die Topologie als auch die berechneten Trennungszeitpunkte des an allen Verzweigungen gut unterstützten Stammbaums stimmen mit den bisher publizierten und auf Hämocyanindaten basierenden molekularen Uhren überein.

The Anadara trapezia transcriptome : a resource for molluscan physiological genomics

In this study we undertook deep sequencing of the blood cockle, Anadara trapezia, transcriptome to generate genomic resources for future functional genomics analyses. Over 27 million high quality paired end reads were assembled into 75 024 contigs. Of these contigs, 29 013 (38.7%) received significant BLASTx hits and gene ontology (GO) terms were assigned to 13 718 of these sequences. This resourcewill facilitate physiological genomic studies to test the gene expression response of A. trapezia to various environmental stresses.

Diagrammatic valence bond studies on hemocyanin

The Diagrammatic Valence Bond studies on the active sites of hemocyanin, consisting of two Cu(I) ions and an oxygen molecule, are performed to find out the stable geometrical pattern and electronic structure. Different parameters used in this theoretical approach are taken from existing literature on high T-c superconductors. Attempts have been made to find out the differences in electronic structure of [Cu2O2](+2) and [Cu2O2N4](+2) as it is observed that coordination of nitrogen ligand do affect electronic structure i.e. spin excitation gaps and charge and spin density distribution. A comparison of our results with earlier theoretical results are also presented.

The History, Present Condition, and Future of the Molluscan Fisheries of North and Central America and Europe: Volume 3, Europe

(PDF file contains 248 pages.)

The History, Present Condition, and Future of the Molluscan Fisheries of North and Central America and Europe: Volume 2, Pacific Coast and Supplemental Topics

Over 100 molluscan species are landed in Mexico. About 30% are harvested on the Pacific coast and 70% on the Atlantic coast. Clams, scallops, and squid predominate on the Pacific coast (abalone, limpets, and mussels are landed there exclusively). Conchs and oysters predominate on the Atlantic coast. In 1988, some 95,000 metric tons (t) of mollusks were landed, with a value of $33 million. Mollusks were used extensively in prehispanic Mexico as food, tools, and jewelry. Their use as food and jewelry continues. Except in the States of Baja California and Baja California Sur, where abalone, clams, and scallops provide fishermen with year-round employment, mollusk fishing is done part time. On both the Pacific and Atlantic coasts, many fishermen are nomads, harvesting mollusks wherever they find abundant stocks. Upon finding such beds, they build camps, begin harvesting, and continue until the mollusks become so scarce that it no longer pays to continue. They then look for productive beds in other areas and rebuild their camps. Fishermen harvest abalones, mussels, scallops, and clams by free-diving and using scuba and hooka. Landings of clams and cockles have been growing, and 22,000 t were landed in 1988. Fishermen harvest intertidal clams by hand at wading depths, finding them with their feet. In waters up to 5 m, they harvest them by free-diving. In deeper water, they use scuba and hooka. Many species of gastropods have commercial importance on both coasts. All species with a large detachable muscle are sold as scallops. On the Pacific coast, hatchery culture of oysters prevails. Oyster culture in Atlantic coast lagoons began in the 1950's, when beds were enhanced by spreading shells as cultch for spat. (PDF file contains 228 pages.)

The History, Present Condition, and Future of the Molluscan Fisheries of North and Central American and Europe: Volume 1, Atlantic and Gulf Coasts

This three-volume monograph represents the first major attempt in over a century to provide, on regional bases, broad surveys of the history, present condition, and future of the important shellfisheries of North and Central America and Europe. It was about 100 years ago that Ernest Ingersoll wrote extensively about several molluscan fisheries of North America (1881, 1887) and about 100 years ago that Bashford Dean wrote comprehensively about methods of oyster culture in Europe (1893). Since those were published, several reports, books, and pamphlets have been written about the biology and management of individual species or groups ofclosely related mollusk species (Galtsoff, 1964; Korringa, 1976 a, b, c; Lutz, 1980; Manzi and Castagna, 1989; Shumway, 1991). However, nothing has been written during the past century that is comparable to the approach used by Ingersoll in describing the molluscan fisheries as they existed in his day in North America or, for that matter, in Europe. (PDF file contains 224 pages.)

History of Molluscan Fishery Regulations and the Shellfish Officer Service in Massachusetts

Oysters, Crassostrea virginica, and softshell clams, Mya arenaria, along the Massachusetts coast were harvested by European colonists beginning in the 1600’s. By the 1700’s, official Commonwealth rules were established to regulate their harvests. In the final quarter of the 1800’s, commercial fishermen began harvesting northern quahogs, Mercenaria mercenaria, and northern bay scallops, Argopecten irradians irradians, and regulations established by the Massachusetts Legislature were applied to their harvests also. Constables (also termed wardens), whose salaries were paid by the local towns, enforced the regulations, which centered on restricting harvests to certain seasons, preventing seed from being taken, and personal daily limits on harvests. In 1933, the Massachusetts Legislature turned over shellfisheries management to individual towns. Local constables (wardens) enforced the rules. In the 1970’s, the Massachusetts Shellfish Officers Association was formed, and was officially incorporated in 2000, to help the constables deal with increasing environmental problems in estuaries where fishermen harvest mollusks. The constables’ stewardship of the molluscan resources and the estuarine environments and promotion of the fisheries has become increasingly complex.

The Crustacean and Molluscan Fisheries of Honduras

Honduras has many communities of artisanal fishermen who land various species of crustaceans and mollusks, using hands, nets, traps, and free diving from shore and from dugout canoes. It also has industrial fisheries for spiny lobster, Panulirus argus; queen conch, Strombus gigas; and mainly pink shrimp, Penaeus notialis, using traps, scuba divers, and trawl nets.

A Guide for Enhancing Estuarine Molluscan Shellfisheries

In the eastern United States as well as in many countries where most shellfish originate in public beds, shellfishermen, local communities, distributors, and consumers have been dependent on wild stocks for shellfish supplies. Abundance of shellfish is usually much lower than the carrying capacity of the beds and can fluctuate widely among seasons. Thus shellfisheries are built upon a relatively weak foundation: Uncertin supplies, abundance of which is governed by several natural factors.