Post translational modifications of recombinant human Papillomavirus type 6b major capsid protein

We have determined the post-translational modifications of the major capsid protein, L1 of human papillomavirus (HPV) type 6b. Since this virus cannot be cultured in the laboratory to obtain sufficient material for a study, a recombinant L1 protein produced in a vaccinia virus expression system was used in this investigation. Our results show that this protein is phosphorylated at serine residues and is also glycosylated. No myristoylation or palmitoylation was detected. The fraction of L1 protein incorporated into virus-like particles was not glycosylated. Since recombinant L1 protein is a potential human vaccine candidate, knowledge of the post-translation modifications of this protein may prove useful for the design of anti-HPV vaccines. (C) 1999 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Differences in the post-translational modifications of human papillomavirus type 6b major capsid protein expressed from a baculovirus system compared with a vaccinia virus system

Virus-like particles (VLPs) are being currently investigated in vaccines against viral infections in humans. There are different recombinant-protein-expression systems available for obtaining the necessary VLP preparation for vaccination. However, the differences in post-translational modifications of the recombinant proteins obtained and their differences in efficacy in eliciting an anti-viral response in vaccines are not well established. In this study we have compared the posttranslational modifications of human papillomavirus type-6b major capsid protein L1 (HPV 6bL1) expressed using recombinant baculovirus (rBV) in Sf9 (Spodoptera frugiperda) insect cells, with the protein expressed using recombinant vaccinia virus (rVV) in CV-1 kidney epithelial cells, Two-dimensional gel electrophoresis of biosynthetically labelled rBV-expressed HPV 6bL1 showed several post-translationally modified variants of the protein, whereas rVV-expressed HPV 6bL1 showed only a few variants. Phosphorylations were detected at threonine and serine residues for the L1 expressed from rBV compared with phosphorylation at serine residues only for the L1 expressed from rVV. HPV 6bL1 expressed using rBV incorporated [H-3]mannose and [H-3]galactose, whereas HPV 6bL1 expressed using rVV incorporated only [H-3]galactose. We conclude that post-translational modification of recombinant HPV 6bL1 can differ according to the system used for its expression. Since recombinant L1 protein is a potential human-vaccine candidate, the implication of the observed differences in post-translational modifications on immunogenicity of L1 VLPs warrants investigation.

Post-translational modifications regulate distinct functions of CARMA1 and BCL10.

Activation of the transcription factor nuclear factor (NF)-kappaB is essential for the normal functioning of the immune system. Deregulated NF-kappaB signalling in lymphocytes can lead to immunodeficiency, but also to autoimmunity or lymphomas. Many of the signalling components controlling NF-kappaB activation in lymphocytes are now known, but it is less clear how distinct molecular components of this pathway are regulated. Here, we summarize recent findings on post-translational modifications of intracellular components of this pathway. Phosphorylation of the CARMA1 and BCL10 proteins and ubiquitylation of BCL10 affect the formation and stability of the CARMA1-BCL10-MALT1 (CBM) complex, and also control negative feedback regulation of the NF-kappaB signalling pathway. Moreover, the study of BCL10 phosphorylation isoforms has revealed a new mechanism controlling BCL10 nuclear translocation and an unexpected role for BCL10 in the regulation of the actin cytoskeleton.

Overlooked post-translational modifications of proteins in Plasmodium falciparum: N- and O-glycosylation - A Review

Human malignant malaria is caused by Plasmodium falciparum and accounts for almost 900,000 deaths per year, the majority of which are children and pregnant women in developing countries. There has been significant effort to understand the biology of P. falciparum and its interactions with the host. However, these studies are hindered because several aspects of parasite biology remain controversial, such as N- and O-glycosylation. This review describes work that has been done to elucidate protein glycosylation in P. falciparum and it focuses on describing biochemical evidence for N- and O-glycosylation. Although there has been significant work in this field, these aspects of parasite biochemistry need to be explored further.

Post-translational modifications of voltage-gated sodium channels in chronic pain syndromes.

In the peripheral sensory nervous system the neuronal expression of voltage-gated sodium channels (Navs) is very important for the transmission of nociceptive information since they give rise to the upstroke of the action potential (AP). Navs are composed of nine different isoforms with distinct biophysical properties. Studying the mutations associated with the increase or absence of pain sensitivity in humans, as well as other expression studies, have highlighted Nav1.7, Nav1.8, and Nav1.9 as being the most important contributors to the control of nociceptive neuronal electrogenesis. Modulating their expression and/or function can impact the shape of the AP and consequently modify nociceptive transmission, a process that is observed in persistent pain conditions. Post-translational modification (PTM) of Navs is a well-known process that modifies their expression and function. In chronic pain syndromes, the release of inflammatory molecules into the direct environment of dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons leads to an abnormal activation of enzymes that induce Navs PTM. The addition of small molecules, i.e., peptides, phosphoryl groups, ubiquitin moieties and/or carbohydrates, can modify the function of Navs in two different ways: via direct physical interference with Nav gating, or via the control of Nav trafficking. Both mechanisms have a profound impact on neuronal excitability. In this review we will discuss the role of Protein Kinase A, B, and C, Mitogen Activated Protein Kinases and Ca++/Calmodulin-dependent Kinase II in peripheral chronic pain syndromes. We will also discuss more recent findings that the ubiquitination of Nav1.7 by Nedd4-2 and the effect of methylglyoxal on Nav1.8 are also implicated in the development of experimental neuropathic pain. We will address the potential roles of other PTMs in chronic pain and highlight the need for further investigation of PTMs of Navs in order to develop new pharmacological tools to alleviate pain.

Differential Regulation of c-FLIP Isoforms Through Post-translational Modifications

Cells are constantly responding to signals from the surrounding tissues and the environment. To dispose of infected and potentially dangerous cells, to ensure the optimal execution of developmental processes and to maintain tissue homeostasis, a multicellular organism needs to tightly control both the number and the quality of its cells. Apoptosis is a form of active cellular self-destruction that enables an organism to regulate its cell number by deleting damaged or potentially dangerous cells. Apoptosis can be induced by death ligands, which bind to death receptors on the cell surface. Ligation of the receptors leads to the formation of an intracellular death inducing signaling complex (DISC). One of the DISC components is caspase-8, a protease that triggers the caspase cascade and is thereby a key initiator of programmed cell death. The activation of caspase-8 is controlled by the cellular FLICE-inhibitory proteins (c-FLIPs). Consequently, sensitivity towards receptor-mediated apoptosis is determined by the amount of c-FLIP, and the c-FLIP levels are actively regulated for example during erythroid differentiation of K562 erythroleukemia cells and by hyperthermia in Jurkat leukemia cells. The aim of my thesis was to investigate how c-FLIP is regulated during these processes. We found that c-FLIP isoforms are short-lived proteins, although c-FLIPS had an even shorter half-life than c-FLIPL. In both experimental models, increased death receptor sensitivity correlated with induced ubiquitylation and consequent proteasomal degradation of c-FLIP. Furthermore, we elucidated how phosphorylation regulates the biological functions and the turnover of c-FLIP, thereby contributing to death receptor sensitivity. We mapped the first phosphorylation sites on c-FLIP and dissected how their phosphorylation affects c-FLIP. Moreover, we demonstrated that phosphorylation of serine 193, a phosphorylated residue common to all c-FLIPs, is primarily mediated by the classical PKC. Furthermore, we discovered a novel connection between the phosphorylation and ubiquitylation of c-FLIP: phosphorylation of S193 protects c-FLIP from ubiquitylation. Surprisingly, although all c-FLIP isoforms are phosphorylated on this conserved residue, the biological outcome is different for the long and short isoforms, since S193 specifically prolongs the half-lives of the short c-FLIP isoforms, but not c-FLIPL. To summarize, we show that c-FLIP proteins are modified by ubiquitylation and phosphorylation, and that the biological outcomes of these modifications are isoform-specifically determined.

Analytical strategies for the comprehensive profiling of histone post translational modifications by mass spectrometry and implications for functional analyses

Le long bio-polymère d'ADN est condensé à l’intérieur du noyau des cellules eukaryotes à l'aide de petites protéines appelées histones. En plus de leurs fonctions condensatrices,ces histones sont également la cible de nombreuses modifications post-traductionnelles(MPT), particulièrement au niveau de leur section N-terminale. Ces modifications réversibles font partie d’un code d’histones épi-génétique transmissible qui orchestre et module dynamiquement certains événements impliquant la chromatine, tels l’activation et la désactivation de gènes ainsi que la duplication et la réparation d’ADN. Ces modifications sont impliquées subséquemment dans la signalisation et la progression de cancers, tels que la leucémie. En conséquence, l'élucidation des modifications d’histones est importante pour comprendre leurs fonctions biologiques. Une méthodologie analytique a été mise au point en laboratoire pour isoler, détecter, et quantifier les MPT d’histones en utilisant une approche rapide à deux volets à l’aide d’outils bioinformatiques spécialisés. La méthodologie développée en laboratoire a été validée en utilisant des histones de souche sauvage ainsi que deux types d’histones mutants déficients en enzymes acétyltransferase. Des trois sources d’histones utilisées, la seule MPT qui a démontré un changement significatif est l’acétylation de l’histone H3 à lysine 56 (H3K56ac). L’expression et la stoechiométrie de cette MPT, issue de cellules de souche sauvage et de cellules mutantes, ont été déterminées avec précision et comparées. Les fonctions de balayage polyvalentes d'un instrument à trappe ionique quadrupôle linéaire hybride ont été utilisées pour améliorer la détection de protéines intactes. Le mode de balayage « enhanced multiply charged » (EMC) a été modifié pour contenir et détecter les ions de protéines intactes situées dans la trappe ionique linéaire. Ce mode de balayage nommé « targeted EMC » (tEMC) a permis de quadrupler le niveau de sensibilité (signal/interférence), et quintupler la résolution du mode de balayage conventionnel. De plus, la capacité de séparation des charges du tEMC a réduit de façon significative les effets de « space charge » dans la trappe ionique linéaire. La résolution supérieure du mode tEMC a permis de différencier plusieurs isoformes modifiées, particulièrement pour l’histone H3. L’analyse des peptides d’histones trypsiques à l’aide du mode de balayage « MRM » a permis le séquençage et la quantification de MPT avec un haut degré de précision. La seule MPT qui était sous-exprimée entre l’histone de souche sauvage et le mutant DOT1L fut la méthylation de l’histone H3 lysine 79(H3K79me1). Les effets de deux inhibiteurs d’enzymes HDAC (HDACi) sur l’expression de MPT d’histone ont été évalués en utilisant la méthodologie analytique mentionnée. Les histones extraites de cellules normales et cancéreuses ont été exposées à du Vorinostat(SAHA) ou du Entinostat (MS-275) pour une période de 24 à 72 heures. Deux histones furent principalement affectées, soit H3 et H4. Étonnamment, les mêmes effets n'ont pas été détectés lorsque les cellules normales ont été traitées avec le HDACi pour une période de 48 à 72 heures. Une méthode absolue de quantification avec une courbe d’étalonnage a été développée pour le peptide H3K56ac. Contrairement à certaines publications, nos résultats démontrent que cette MPT est présente dans les cellules mammifères avec une stoechiométrie très basse (< 0,1%) et n'est pas surexprimée de façon significative après le traitement au HDACi.

Regulation of BAP1 tumor suppressor complex by post-translational modifications

Le régulateur transcriptionnel BAP1 est une déubiquitinase nucléaire (DUB) dont le substrat est l’histone H2A modifiée par monoubiquitination au niveau des residus lysines 118 et 119 (K118/K119). Depuis les dernières années, BAP1 emerge comme un gene suppresseur de tumeur majeur. En effet, BAP1 est inactivé dans un plethore de maladies humaines héréditaires et sporadiques. Cependant, malgré l’accumulation significative des connaissances concernant l’occurrence, la pénétrance et l’impact des défauts de BAP1 sur le développement de cancers, ses mécanismes d’action et de régulation restent très peu compris. Cette étude est dédiée à la caractérisation moléculaire et fonctionnelle du complexe multi-protéique de BAP1 et se présente parmi les premiers travaux décrivant sa régulation par des modifications post-traductionnelles. D’abord, nous avons défini la composition du corps du complexe BAP1 ainsi que ses principaux partenaires d’interaction. Ensuite, nous nous sommes spécifiquement intéressés a investiguer d’avantage deux principaux aspects de la régulation de BAP1. Nous avons d’abord décrit l’inter-régulation entre deux composantes majeures du complexe BAP1, soit HCF-1 et OGT. D’une manière très intéressante, nous avons trouvé que le cofacteur HCF-1 est un important régulateur des niveaux protéiques d’OGT. En retour, OGT est requise pour la maturation protéolytique de HCF-1 en promouvant sa protéolyse par O-GlcNAcylation, un processus de régulation très important pour le bon fonctionnement de HCF-1. D’autre part, nous avons découvert un mécanisme unique de régulation de BAP1 médiée par l’ubiquitine ligase atypique UBE2O. en effet, UBE2O se caractérise par le fait qu’il s’agit aussi bien d’une ubiquitine conjuratrice et d’une ubiquitine ligase. UBE2O, multi-monoubiquitine BAP1 au niveau de son domaine NLS et promeut son exclusion du noyau, le séquestrant ainsi dans le cytoplasme. De façon importante, nos travaux ont permis de mettre de l’emphase sur le rôle de l’activité auto-catalytique de chacune de ces enzymes, soit l’activité d’auto-déubiquitination de BAP1 qui est requise pour la maintenance de sa localisation nucléaire ainsi que l’activité d’auto-ubiquitination d’UBE2O impliquée dans son transport nucléo-cytoplasmique. De manière significative, nous avons trouvé que des défauts au niveau de l’auto-déubiquitination de BAP1 due à des mutations associées à certains cancers indiquent l’importance d’une propre regulation de cette déubiquitinase pour les processus associés à la suppression de tumeurs.

Quantitative proteomics methods for the analysis of histone post-translational modifications

Les histones sont des protéines nucléaires hautement conservées chez les cellules des eucaryotes. Elles permettent d’organiser et de compacter l’ADN sous la forme de nucléosomes, ceux-ci representant les sous unités de base de la chromatine. Les histones peuvent être modifiées par de nombreuses modifications post-traductionnelles (PTMs) telles que l’acétylation, la méthylation et la phosphorylation. Ces modifications jouent un rôle essentiel dans la réplication de l’ADN, la transcription et l’assemblage de la chromatine. L’abondance de ces modifications peut varier de facon significative lors du developpement des maladies incluant plusieurs types de cancer. Par exemple, la perte totale de la triméthylation sur H4K20 ainsi que l’acétylation sur H4K16 sont des marqueurs tumoraux spécifiques a certains types de cancer chez l’humain. Par conséquent, l’étude de ces modifications et des événements determinant la dynamique des leurs changements d’abondance sont des atouts importants pour mieux comprendre les fonctions cellulaires et moléculaires lors du développement de la maladie. De manière générale, les modifications des histones sont étudiées par des approches biochimiques telles que les immuno-buvardage de type Western ou les méthodes d’immunoprécipitation de la chromatine (ChIP). Cependant, ces approches présentent plusieurs inconvénients telles que le manque de spécificité ou la disponibilité des anticorps, leur coût ou encore la difficulté de les produire et de les valider. Au cours des dernières décennies, la spectrométrie de masse (MS) s’est avérée être une méthode performante pour la caractérisation et la quantification des modifications d’histones. La MS offre de nombreux avantages par rapport aux techniques traditionnelles. Entre autre, elle permet d’effectuer des analyses reproductibles, spécifiques et facilite l’etude d’un large spectre de PTMs en une seule analyse. Dans cette thèse, nous présenterons le développement et l’application de nouveaux outils analytiques pour l’identification et à la quantification des PTMs modifiant les histones. Dans un premier temps, une méthode a été développée pour mesurer les changements d’acétylation spécifiques à certains sites des histones. Cette méthode combine l’analyse des histones intactes et les méthodes de séquençage peptidique afin de déterminer les changements d’acétylation suite à la réaction in vitro par l’histone acétyltransférase (HAT) de levure Rtt109 en présence de ses chaperonnes (Asf1 ou Vps75). Dans un second temps, nous avons développé une méthode d’analyse des peptides isomériques des histones. Cette méthode combine la LC-MS/MS à haute résolution et un nouvel outil informatique appelé Iso-PeptidAce qui permet de déconvoluer les spectres mixtes de peptides isomériques. Nous avons évalué Iso-PeptidAce avec un mélange de peptides synthétiques isomériques. Nous avons également validé les performances de cette approche avec des histones isolées de cellules humaines érythroleucémiques (K562) traitées avec des inhibiteurs d’histones désacétylases (HDACi) utilisés en clinique, et des histones de Saccharomyces cerevisiae liées au facteur d’assemblage de la chromatine (CAF-1) purifiées par chromatographie d’affinité. Enfin, en utilisant la méthode présentée précédemment, nous avons fait une analyse approfondie de la spécificité de plusieurs HATs et HDACs chez Schizosaccharomyces pombe. Nous avons donc déterminé les niveaux d’acétylation d’histones purifiées à partir de cellules contrôles ou de souches mutantes auxquelles il manque une HAT ou HDAC. Notre analyse nous a permis de valider plusieurs cibles connues des HATs et HDACs et d’en identifier de nouvelles. Nos données ont également permis de définir le rôle des différentes HATs et HDACs dans le maintien de l’équilibre d’acétylation des histones. Dans l’ensemble, nous anticipons que les méthodes décrites dans cette thèse permettront de résoudre certains défis rencontrés dans l’étude de la chromatine. De plus, ces données apportent de nouvelles connaissances pour l’élaboration d’études génétiques et biochimiques utilisant S. pombe.

Use of essential and molecular dynamics to study gamma B-crystallin unfolding after non-enzymic post-translational modifications

Essential and Molecular Dynamics (ED/MD) have been used to model the conformational changes of a protein implicated in a conformational disease-cataract, the largest cause of blindness in the world-after non-enzymic post-translational modification. Cyanate modification did not significantly alter flexibility, while the Schiff's base adduct produced a more flexible N-terminal domain, and intra-secondary structure regions, than either the cyanate adduct or the native structure. Glycation also increased linker flexibility and disrupted the charge network. A number of post-translational adducts showed structural disruption around Cys15 and increased linker flexibility; this may be important in subsequent protein aggregation. Our modelling results are in accord with experimental evidence, and show that ED/MD is a useful tool in modelling conformational changes in proteins implicated in disease processes. (C) 2003 Published by Elsevier Ltd.

Structure and post-translational modifications of the web silk protein spidroin-1 from Nephila spiders

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

Using Proteomic Strategies for Sequencing and Post-Translational Modifications Assignment of Antigen-5, a Major Allergen from the Venom of the Social Wasp Polybia paulista

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

Hierarchical accumulation of RyR post-translational modifications drives disease progression in dystrophic cardiomyopathy

AIMS:Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a muscle disease with serious cardiac complications. Changes in Ca(2+) homeostasis and oxidative stress were recently associated with cardiac deterioration, but the cellular pathophysiological mechanisms remain elusive. We investigated whether the activity of ryanodine receptor (RyR) Ca(2+) release channels is affected, whether changes in function are cause or consequence and which post-translational modifications drive disease progression. METHODS AND RESULTS:Electrophysiological, imaging, and biochemical techniques were used to study RyRs in cardiomyocytes from mdx mice, an animal model of DMD. Young mdx mice show no changes in cardiac performance, but do so after ∼8 months. Nevertheless, myocytes from mdx pups exhibited exaggerated Ca(2+) responses to mechanical stress and 'hypersensitive' excitation-contraction coupling, hallmarks of increased RyR Ca(2+) sensitivity. Both were normalized by antioxidants, inhibitors of NAD(P)H oxidase and CaMKII, but not by NO synthases and PKA antagonists. Sarcoplasmic reticulum Ca(2+) load and leak were unchanged in young mdx mice. However, by the age of 4-5 months and in senescence, leak was increased and load was reduced, indicating disease progression. By this age, all pharmacological interventions listed above normalized Ca(2+) signals and corrected changes in ECC, Ca(2+) load, and leak. CONCLUSION:Our findings suggest that increased RyR Ca(2+) sensitivity precedes and presumably drives the progression of dystrophic cardiomyopathy, with oxidative stress initiating its development. RyR oxidation followed by phosphorylation, first by CaMKII and later by PKA, synergistically contributes to cardiac deterioration.

Post-translational modifications of voltage-gated sodium channels in chronic pain syndromes.

In the peripheral sensory nervous system the neuronal expression of voltage-gated sodium channels (Navs) is very important for the transmission of nociceptive information since they give rise to the upstroke of the action potential (AP). Navs are composed of nine different isoforms with distinct biophysical properties. Studying the mutations associated with the increase or absence of pain sensitivity in humans, as well as other expression studies, have highlighted Nav1.7, Nav1.8, and Nav1.9 as being the most important contributors to the control of nociceptive neuronal electrogenesis. Modulating their expression and/or function can impact the shape of the AP and consequently modify nociceptive transmission, a process that is observed in persistent pain conditions. Post-translational modification (PTM) of Navs is a well-known process that modifies their expression and function. In chronic pain syndromes, the release of inflammatory molecules into the direct environment of dorsal root ganglia (DRG) sensory neurons leads to an abnormal activation of enzymes that induce Navs PTM. The addition of small molecules, i.e., peptides, phosphoryl groups, ubiquitin moieties and/or carbohydrates, can modify the function of Navs in two different ways: via direct physical interference with Nav gating, or via the control of Nav trafficking. Both mechanisms have a profound impact on neuronal excitability. In this review we will discuss the role of Protein Kinase A, B, and C, Mitogen Activated Protein Kinases and Ca++/Calmodulin-dependent Kinase II in peripheral chronic pain syndromes. We will also discuss more recent findings that the ubiquitination of Nav1.7 by Nedd4-2 and the effect of methylglyoxal on Nav1.8 are also implicated in the development of experimental neuropathic pain. We will address the potential roles of other PTMs in chronic pain and highlight the need for further investigation of PTMs of Navs in order to develop new pharmacological tools to alleviate pain.