Mass spectrometry-based analytical tools for the molecular protein characterization of human plasma lipoproteins

Lipoproteins are a heterogeneous population of blood plasma particles composed of apolipoproteins and lipids. Lipoproteins transport exogenous and endogenous triglycerides and cholesterol from sites of absorption and formation to sites of storage and usage. Three major classes of lipoproteins are distinguished according to their density: high-density (HDL), low-density (LDL) and very low-density lipoproteins (VLDL). While HDLs contain mainly apolipoproteins of lower molecular weight, the two other classes contain apolipoprotein B and apolipoprotein (a) together with triglycerides and cholesterol. HDL concentrations were found to be inversely related to coronary heart disease and LDL/VLDL concentrations directly related. Although many studies have been published in this area, few have concentrated on the exact protein composition of lipoprotein particles. Lipoproteins were separated by density gradient ultracentrifugation into different subclasses. Native gel electrophoresis revealed different gel migration behaviour of the particles, with less dense particles having higher apparent hydrodynamic radii than denser particles. Apolipoprotein composition profiles were measured by matrix-assisted laser desorption/ionization-mass spectrometry on a macromizer instrument, equipped with the recently introduced cryodetector technology, and revealed differences in apolipoprotein composition between HDL subclasses. By combining these profiles with protein identifications from native and denaturing polyacrylamide gels by liquid chromatography-tandem mass spectrometry, we characterized comprehensively the exact protein composition of different lipoprotein particles. We concluded that the differential display of protein weight information acquired by macromizer mass spectrometry is an excellent tool for revealing structural variations of different lipoprotein particles, and hence the foundation is laid for the screening of cardiovascular disease risk factors associated with lipoproteins.

A novel form of CYP3A from rat brain: cDNA cloning, protein characterization and gene regulation of cytochrome P450 3A9

One full length cDNA clone, designated 3aH15, was isolated from a rat brain cDNA library using a fragment of CYP3A2 cDNA as a probe. 3aH15 encoded a protein composed of 503 amino acid residues. The deduced amino acid sequence of 3aH15 was 92% identical to mouse Cyp3a-13 and had a 68.4% to 76.5% homology with the other reported rat CYP3A sequences. Clone 3aH15 was thus named CYP3A9 by Cytochrome P450 Nomenclature Committee. CYP3A9 seems to the major CYP3A isozyme expressed in rat brain. Sexual dimorphism of the expression of CYP3A9 was shown for the first time in rat brain as well as in rat liver. CYP3A9 appears to be female specific in rat liver based on the standards proposed by Kato and Yamazoe who defined sex specific expression of P450s as being a 10-fold or higher expression level in one sex compared with the other. CYP3A9 gene expression was inducible by estrogen treatment both in male and in female rats. Male rats treated with estrogen had a similar expression level of CYP3A9 mRNA both in the liver and brain. Ovariectomy of adult female rats drastically reduced the mRNA level of CYP3A9 which could be fully restored by estrogen replacement. On the other hand, only a two-fold induction of CYP3A9 expression by dexamethasone was observed in male liver and no significant induction of CYP3A9 mRNA was observed in female liver or in the brains. These results suggest that estrogen may play an important role in the female specific expression of the CYP3A9 gene and that CYP3A9 gene expression is regulated differently from other CYP3A isozymes. ^ P450 3A9 recombinant protein was expressed in E. coli using the pCWOri+ expression vector and the MALLLAVF amino terminal sequence modification. This construct gave a high level of expression (130 nmol P450 3A9/liter culture) and the recombinant protein of the modified P450 3A9 was purified to electrophoretic homogeneity (10.1 nmol P450/mg protein) from solubilized fractions using two chromatographic steps. The purified P450 3A9 protein was active towards the metabolism of many clinically important drugs such as imipramine, erythromycin, benzphetamine, ethylmorphine, chlorzoxazone, cyclosporine, rapamycin, etc. in a reconstituted system containing lipid and rat NADPH-P450 reductase. Although P450 3A9 was active towards the catabolism of testosterone, androstenedione, dehydroepiandrosterone (DHEA) and 17β-estradiol, P450 3A9 preferentially catalyzes the metabolism of progesterone to form four different hydroxylated products. Optimal reconstitution conditions for P450 3A9 activities required a lipid mixture and GSH. The possible mechanisms of the stimulatory effects of GSH on P450 3A9 activities are discussed. Sexually dimorphic expression of P450 3A9 in the brain and its involvement in many neuroactive drugs as well as neurosteroids suggest the possible role of P450 3A9 in some mental disorders and brain functions. ^

The multifunctional FUS protein: Characterization of the biological effects of its depletion

FUS/TLS (fused in sarcoma/translocated in liposarcoma) protein, a ubiquitously expressed RNA-binding protein, has been linked to a variety of cellular processes, such as RNA metabolism, microRNA biogenesis and DNA repair. However, the precise role of FUS protein remains unclear. Recently, FUS has been linked to Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), a neurodegenerative disorder characterized by the dysfunction and death of motor neurons. Based on the observation that some mutations in the FUS gene induce cytoplasmic accumulation of FUS aggregates, we decided to explore a loss-of-function situation (i.e. inhibition of FUS’ nuclear function) to unravel the role of this protein. To this purpose, we have generated a SH-SY5Y human neuroblastoma cell line which expresses a doxycycline induced shRNA targeting FUS and that specifically depletes the protein. In order to characterize this cell line, we have performed a whole transcriptome analysis by RNA deep sequencing. Preliminary results show that FUS depletion affects both expression and alternative splicing levels of several RNAs. When FUS is depleted we observed 330 downregulated and 81 upregulated genes. We also found that 395 splicing isoforms were downregulated, while 426 were upregulated. Currently, we are focusing our attention on the pathways which are mostly affected by FUS depletion. In addition, to further characterize the FUS-depleted cell line we have performed growth proliferation and survival assays. From these experiments emerge that FUS-depleted cells display growth proliferation alteration. In order to explain this observation, we have tested different hypothesis (e.g. apoptosis, senescence or slow-down growth). We observed that FUS-depleted cells growth slower than controls. Currently, we are looking for putative candidate targets causing this phenotype. Finally, since MEFs and B-lymphocytes derived from FUS knockdown mice display major sensitivity to ionizing radiation and chromosomal aberrations [1,2], we are exploring the effects of DNA damage in FUS-depleted cells by monitoring important components of DNA Damage Response (DDR). Taken together, these studies may contribute to our knowledge of the role of FUS in these cellular processes and will allow us to draw a clearer picture of mechanisms of neurodegenerative diseases.

Desorption/ionization on silicon (DIOS): A diverse mass spectrometry platform for protein characterization

Since the advent of matrix-assisted laser desorption/ionization and electrospray ionization, mass spectrometry has played an increasingly important role in protein functional characterization, identification, and structural analysis. Expanding this role, desorption/ionization on silicon (DIOS) is a new approach that allows for the analysis of proteins and related small molecules. Despite the absence of matrix, DIOS-MS yields little or no fragmentation and is relatively tolerant of moderate amounts of contaminants commonly found in biological samples. Here, functional assays were performed on an esterase, a glycosidase, a lipase, as well as exo- and endoproteases by using enzyme-specific substrates. Enzyme activity also was monitored in the presence of inhibitors, successfully demonstrating the ability of DIOS to be used as an inhibitor screen. Because DIOS is a matrix-free desorption technique, it also can be used as a platform for multiple analyses to be performed on the same protein. This unique advantage was demonstrated with acetylcholine esterase for qualitative and quantitative characterization and also by its subsequent identification directly from the DIOS platform.

Characterization of a methionine-rich protein from the seeds of Cereus jamacaru Mill. (Cactaceae)

We describe here the isolation and characterization of a major albumin from the seeds of Cereus jamacaru (Cactaceae), to which we gave the trivial name of cactin. This protein has a molecular mass of 11.3 kDa and is formed by a light chain (3.67 kDa) and a heavy chain (7.63 kDa). This protein was isolated using a combination of gel filtration chromatography and reverse-phase HPLC. The amino acid composition of cactin was determined and found to resemble that of the 2S seed reserve protein from the Brazil nut, a protein remarkable for its high methionine content. The usefulness of cactin as a molecular marker in the taxonomy of the Cactaceae is discussed.

Characterization of Sm14 related components in different helminths by sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analysis

Sm14 was the first fatty acid-binding protein homologue identified in helminths. Thereafter, members of the same family were identified in several helminth species, with high aminoacid sequence homology between them. In addition, immune crossprotection was also reported against Fasciola hepatica infection, in animals previously immunized with the Schistosoma mansoni vaccine candidate, r-Sm14. In the present study, data on preliminary sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis and Western blotting analysis of nine different helminth extracts focusing the identification of Sm14 related proteins, is reported. Out of these, three extracts - Ascaris suum (males and females), Echinostoma paraensei, and Taenia saginata - presented components that comigrated with Sm14 in SDS-PAGE, and that were recognized by anti-rSm14 policlonal serum, in Western blotting tests.

Using Amino Acid Correlation and Community Detection Algorithms to Identify Functional Determinants in Protein Families

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

A novel protein refolding protocol for the solubilization and purification of recombinant peptidoglycan-associated lipoprotein from Xylella fastidiosa overexpressed in Escherichia coil

Xylella fastidiosa is a Gram-negative xylem-limited plant pathogenic bacterium responsible for several economically important crop diseases. Here, we present a novel and efficient protein refolding protocol for the solubilization and purification of recombinant X. fastidiosa peptidoglycan-associated lipoprotein (XfPal). Pal is an outer membrane protein that plays important roles in maintaining the integrity of the cell envelope and in bacterial pathogenicity. Because Pal has a highly hydrophobic N-terminal domain, the heterologous expression studies necessary for structural and functional protein characterization are laborious once the recombinant protein is present in inclusion bodies. Our protocol based on the denaturation of the XfPal-enriched inclusion bodies with 8 M urea followed by buffer-exchange steps via dialysis proved effective for the solubilization and subsequent purification of XfPal, allowing us to obtain a large amount of relatively pure and folded protein. In addition, XfPal was biochemically and functionally characterized. The method for purification reported herein is valuable for further research on the three-dimensional structure and function of Pal and other outer membrane proteins and can contribute to a better understanding of the role of these proteins in bacterial pathogenicity, especially with regard to the plant pathogen X. fastidiosa. (C) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Novel secreted proteases of Aspergillus fumigatus

Objectives: Sequencing and annotation of the genome of Aspergillus fumigatus has dramatically changed our knowledge about the proteins potentially encoded by the fungus. Own analysis have resulted in at least 47 of them contain a signal for secretion. Among those list we want to characterize those enzymes that may have impact on fungal growth outside and particularly inside the host. We thereby want to learn more about their function in general and to identify possible novel drug targets suited to combat invasive aspergillosis. Methods: Four groups of secreted proteases have been chosen for further analysis: 1 Serine-carboxyl proteases (sedolisins). Four of them were expressed in yeast and partly in bacteria. Substrate-specificity studies and kinetics as well as protein characterization of the yeast derived proteases were performed according to standard methods. Enzyme specific polyclonal antibodies were raised in rabbits using the peptides expressed in bacteria. Expression of proteases in A. fumigatus was investigated with these antibodies and gene knockout mutants for each enzyme as a control. All the following mentioned proteases will be investigated accordingly. 2 Two metalloproteases from the M12-family, ADAM-A and ADAM-B. Both proteases are likely membrane associated and may have inherent sheddase function as their counterparts in mammals. 3 One metalloprotease of the M43 family. An orthologue of this protease in Coccidioides posadasii is known to posses immunomodulating activities. 4 One putative endoprotease of the S28-family. An orthologue in Aspergillus niger is known to digest proline-rich proteins. In A. fumigatus this enzyme may facilitate invasion through proline-rich proteins like collagen. Results: All sedolisins expressed in yeast were proteolytically active: Three of them were characterized as tripeptidyl-peptidases whereas one enzyme is an endoprotease. Corresponding knockout mutants did not reveal a specific phenotype. Expression and investigations on all above mentioned proteases as well as generation of corresponding knockout mutants and double knockout mutants for the ADAMs, respectively, is underway. Promising candidates will be investigated in animal studies for reduced virulence. Conclusions : The real existence of so far hypothetical proteases predicted by the genome project was already demonstrated for the sedolisins by a reverse genetic approach (from gene to protein). With the aim of improving basic knowledge on function of other proteases potentially crucial for fungal growth and thus for pathogenesis, other hypothetical enzymes will be investigated. Those enzymes may turn out to be ideal drug targets for antimycotic chemotherapy.

Chemical and nutritional evaluation of kernels of bocaiuva, Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd.

Protein characterization and results of proximate composition and mineral analyses of fruit kernels of bocaiuva, Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd., are reported. The kernels presented high contents of oil (51.7%), protein (17.6%) and fiber (15.8%). The seeds´ soluble proteins were isolated according to their solubility. The main separated proteins were globulins (53.5%) and glutelins (40.0%). Moreover, the presence of low molecular mass proteases in these two fractions was shown by the SDS-PAGE method. The assays of protease-inhibitory and hemagglutinating activities showed that bocaiuva´s protein fractions were not resistant to trypsin or chymotrypsin activities and that both had low lectin content. The globulin in vitro digestibility assay resembled a casein standard. Neither globulin nor glutelin enzymatic hydrolyses increased significantly (p < 0.05) after heat treatment. Threonine and lysine are the most limiting amino acids, respectively from two major protein fractions of the bocaiuva kernel, globulin (47.1% amino acid score) and glutelin (49.5% amino acid score), in terms of the theoretical profiles for children in the age range of 2 to 5 years recommended by the FAO/WHO. Bocaiuva kernels are found to be rich in calcium, phosphorus and manganese compared to some fruit nuts such as cashew and coconut.

Extraction, purification et caractérisation d’isoformes d’hexokinase du tubercule de pomme de terre (Solanum tuberosum)

L’hexokinase (HK) est la première enzyme du métabolisme des hexoses et catalyse la réaction qui permet aux hexoses d’entrer dans le pool des hexoses phosphates et donc par le fait même la glycolyse. Bien que le glucose soit son principal substrat, cette enzyme peut aussi phosphoryler le mannose et le fructose. Malgré son importance dans le métabolisme primaire, l’HK n’a jamais été purifiée à homogénéité sous forme native. Le but de ce travail était donc de purifier une isoforme d’HK à partir de tubercule de Solanum tuberosum et par la suite de caractériser ses propriétés cinétiques. Bien avant que je commence mon travail, un groupe de recherche avait déjà séparé et partiellement purifié trois isoformes d’HK de S. tuberosum. Un protocole d’extraction était donc disponible, mais l’HK ainsi extraite était peu stable d’où le besoin d’y apporter certaines modifications. En y ajoutant certains inhibiteurs de protéases ainsi qu’en modifiant les concentrations de certains éléments, le tampon d’extraction ainsi modifié a permis d’obtenir un extrait dont l’activité HK était stable pendant au moins 72h après l’extraction, en empêchant la dégradation. À l’aide du tampon d’extraction optimisé et d’une chromatographie sur colonne de butyl sépharose, il a été possible de séparer 4 isoformes d’HKs. Par la suite, une isoforme d’HK (HK1) a été purifiée à l’homogénéité à l’aide de 5 étapes de chromatographie supplémentaires. En plus de caractériser les propriétés cinétiques de cette enzyme, l’analyse de séquençage par MS/MS a permis de l’associer au produit du gène StHK1 de Solanum tuberosum. Avec une activité spécifique de 10.2 U/mg de protéine, il s’agit de l’HK purifiée avec l’activité spécifique la plus élevée jamais rapportée d’un tissu végétal.L’ensemble des informations recueillies lors de la purification de HK1 a ensuite été utilisée pour commencer la purification d’une deuxième isoforme (HK3). Ce travail a permis de donner des lignes directrices pour la purification de cette isoforme et certains résultats préliminaires sur sa caractérisation enzymatique.

Identification et caractérisation d'un domaine de transactivation dans l’hélicase E1 des papillomavirus humains

Les papillomavirus sont des virus à ADN qui infectent la peau et les muqueuses. Ils causent des verrues et peuvent aussi mener au développement de cancers, dont le cancer du col de l’utérus. La réplication de leur génome nécessite deux protéines virales : l’hélicase E1 et le facteur de transcription E2, qui recrute E1 à l’origine de réplication virale. Pour faciliter l’étude de la réplication du génome viral, un essai quantitatif et à haut débit basé sur l’expression de la luciférase a été développé. Parallèlement, un domaine de transactivation a été identifié dans la région régulatrice N-terminale de la protéine E1. La caractérisation de ce domaine a montré que son intégrité est importante pour la réplication de l’ADN. Cette étude suggère que le domaine de transactivation de E1 est une région protéique intrinsèquement désordonnée qui permet la régulation de la réplication du génome viral par son interaction avec diverses protéines.

Caractérisation de la migration du virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1) par protéomique

Le virus Herpès simplex de type 1 (HSV-1), agent étiologique des feux sauvages, possède une structure multicouche comprenant une capside icosaédrale qui protège le génome viral d’ADN, une couche protéique très structurée appelée tégument et une enveloppe lipidique dérivant de la cellule hôte et parsemée de glycoprotéines virales. Tous ces constituants sont acquis séquentiellement à partir du noyau, du cytoplasme et du réseau trans-golgien. Cette structure multicouche confère à HSV-1 un potentiel considérable pour incorporer des protéines virales et cellulaires. Toutefois, l’ensemble des protéines qui composent ce virus n’a pas encore été élucidé. De plus, malgré son rôle critique à différentes étapes de l’infection, le tégument demeure encore mal défini et ce, tant dans sa composition que dans la séquence d’addition des protéines qui le composent. Toutes ces incertitudes quant aux mécanismes impliqués dans la morphogenèse du virus nous amènent à l’objectif de ce projet, soit la caractérisation du processus de maturation d’HSV-1. Le premier article présenté dans cette thèse et publié dans Journal of Virology s’attarde à la caractérisation protéique des virus extracellulaires matures. Grâce à l’élaboration d’un protocole d’isolation et de purification de ces virions, une étude protéomique a pu être effectuée. Celle-ci nous a permis de réaliser une cartographie de la composition globale en protéines virales des virus matures (8 protéines de la capside, 23 protéines du tégument et 13 glycoprotéines) qui a fait la page couverture de Journal of Virology. De plus, l’incorporation potentielle de 49 protéines cellulaires différentes a été révélée. Lors de cette étude protéomique, nous avons aussi relevé la présence de nouveaux composants du virion dont UL7, UL23, ICP0 et ICP4. Le deuxième article publié dans Journal of General Virology focalise sur ces protéines via une analyse biochimique afin de mieux comprendre les interactions et la dynamique du tégument. Ces résultats nous révèlent que, contrairement aux protéines ICP0 et ICP4, UL7 et UL23 peuvent être relâchées de la capside en présence de sels et que les cystéines libres jouent un rôle dans cette relâche. De plus, cet article met en évidence la présence d’ICP0 et d’ICP4 sur les capsides nucléaires suggérant une acquisition possible du tégument au noyau. La complexité du processus de morphogenèse du virus ainsi que la mise en évidence d’acquisition de protéines du tégument au noyau nous ont incités à poursuivre nos recherches sur la composition du virus à un stade précoce de son cycle viral. Les capsides C matures, prémisses des virus extracellulaires, ont donc été isolées et purifiées grâce à un protocole innovateur basé sur le tri par cytométrie en flux. L’analyse préliminaire de ces capsides par protéomique a permis d’identifier 28 protéines virales et 39 protéines cellulaires. Les données recueilles, comparées à celles obtenues avec les virus extracellulaires, suggèrent clairement un processus séquentiel d’acquisition des protéines du tégument débutant dans le noyau, site d’assemblage des capsides. Finalement, tous ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du processus complexe de maturation d’HSV-1 via l’utilisation de techniques variées et innovatrices, telles que la protéomique et la cytométrie en flux, pouvant être appliquées à d’autres virus mais aussi permettre le développement de meilleurs traitements pour vaincre l’HSV-1.

L’étude des stratégies de séparations préparatrices de protéines par électrophorèse capillaire

La protéomique est un sujet d'intérêt puisque l'étude des fonctions et des structures de protéines est essentiel à la compréhension du fonctionnement d'un organisme donné. Ce projet se situe dans la catégorie des études structurales, ou plus précisément, la séquence primaire en acides aminés pour l’identification d’une protéine. La détermination des protéines commence par l'extraction d'un mélange protéique issu d'un tissu ou d'un fluide biologique pouvant contenir plus de 1000 protéines différentes. Ensuite, des techniques analytiques comme l’électrophorèse en gel polyacrylamide en deux dimensions (2D-SDS-PAGE), qui visent à séparer ce mélange en fonction du point isoélectrique et de la masse molaire des protéines, sont utilisées pour isoler les protéines et pour permettre leur identification par chromatographie liquide and spectrométrie de masse (MS), typiquement. Ce projet s'inspire de ce processus et propose que l'étape de fractionnement de l'extrait protéique avec la 2D-SDS-PAGE soit remplacé ou supporté par de multiples fractionnements en parallèle par électrophorèse capillaire (CE) quasi-multidimensionnelle. Les fractions obtenues, contenant une protéine seule ou un mélange de protéines moins complexe que l’extrait du départ, pourraient ensuite être soumises à des identifications de protéines par cartographie peptidique et cartographie protéique à l’aide des techniques de séparations analytiques et de la MS. Pour obtenir la carte peptidique d'un échantillon, il est nécessaire de procéder à la protéolyse enzymatique ou chimique des protéines purifiées et de séparer les fragments peptidiques issus de cette digestion. Les cartes peptidiques ainsi générées peuvent ensuite être comparées à des échantillons témoins ou les masses exactes des peptides enzymatiques sont soumises à des moteurs de recherche comme MASCOT™, ce qui permet l’identification des protéines en interrogeant les bases de données génomiques. Les avantages exploitables de la CE, par rapport à la 2D-SDS-PAGE, sont sa haute efficacité de séparation, sa rapidité d'analyse et sa facilité d'automatisation. L’un des défis à surmonter est la faible quantité de masse de protéines disponible après analyses en CE, due partiellement à l'adsorption des protéines sur la paroi du capillaire, mais due majoritairement au faible volume d'échantillon en CE. Pour augmenter ce volume, un capillaire de 75 µm était utilisé. Aussi, le volume de la fraction collectée était diminué de 1000 à 100 µL et les fractions étaient accumulées 10 fois; c’est-à-dire que 10 produits de séparations étaient contenu dans chaque fraction. D'un autre côté, l'adsorption de protéines se traduit par la variation de l'aire d'un pic et du temps de migration d'une protéine donnée ce qui influence la reproductibilité de la séparation, un aspect très important puisque 10 séparations cumulatives sont nécessaires pour la collecte de fractions. De nombreuses approches existent pour diminuer ce problème (e.g. les extrêmes de pH de l’électrolyte de fond, les revêtements dynamique ou permanent du capillaire, etc.), mais dans ce mémoire, les études de revêtement portaient sur le bromure de N,N-didodecyl-N,N-dimethylammonium (DDAB), un surfactant qui forme un revêtement semi-permanent sur la paroi du capillaire. La grande majorité du mémoire visait à obtenir une séparation reproductible d'un mélange protéique standard préparé en laboratoire (contenant l’albumine de sérum de bovin, l'anhydrase carbonique, l’α-lactalbumine et la β-lactoglobulin) par CE avec le revêtement DDAB. Les études portées sur le revêtement montraient qu'il était nécessaire de régénérer le revêtement entre chaque injection du mélange de protéines dans les conditions étudiées : la collecte de 5 fractions de 6 min chacune à travers une séparation de 30 min, suivant le processus de régénération du DDAB, et tout ça répété 10 fois. Cependant, l’analyse en CE-UV et en HPLC-MS des fractions collectées ne montraient pas les protéines attendues puisqu'elles semblaient être en-dessous de la limite de détection. De plus, une analyse en MS montrait que le DDAB s’accumule dans les fractions collectées dû à sa désorption de la paroi du capillaire. Pour confirmer que les efforts pour recueillir une quantité de masse de protéine étaient suffisants, la méthode de CE avec détection par fluorescence induite par laser (CE-LIF) était utilisée pour séparer et collecter la protéine, albumine marquée de fluorescéine isothiocyanate (FITC), sans l'utilisation du revêtement DDAB. Ces analyses montraient que l'albumine-FITC était, en fait, présente dans la fraction collecté. La cartographie peptidique a été ensuite réalisée avec succès en employant l’enzyme chymotrypsine pour la digestion et CE-LIF pour obtenir la carte peptidique.

Zelluläre und biochemische Charakterisierung der bifunktionalen Methyltransferase Dnmt2

Seit der Entdeckung der Methyltransferase 2 als hoch konserviertes und weit verbreitetes Enzym sind zahlreiche Versuche zur vollständigen Charakterisierung erfolgt. Dabei ist die biologische Funktion des Proteins ein permanent umstrittener Punkt. In dieser Arbeit wird dnmA als sensitiver Oszillator bezüglich des Zellzyklus und weiterer Einflüsse gezeigt. Insgesamt liegt der Hauptfokus auf der Untersuchung der in vivo Charakterisierung des Gens, der endogenen subzellulären Verteilung, sowie der physiologischen Aufgaben des Proteins in vivo in D. discoideum. Um Hinweise auf Signalwege in vivo zu erhalten, in denen DnmA beteiligt ist, war es zunächst notwendig, eine detaillierte Analyse des Gens anzufertigen. Mit molekularbiologisch äußerst sensitiven Methoden, wie beispielsweise Chromatin‐IP oder qRT‐PCR, konnte ein vollständiges Expressionsprofil über den Zell‐ und Lebenszyklus von D. discoideum angelegt werden. Besonders interessant sind dabei die Ergebnisse eines ursprünglichen Wildtypstammes (NC4), dessen dnmA‐Expressionsprofil quantitativ von anderen Wildtypstämmen abweicht. Auch auf Proteinebene konnten Zellzyklus‐abhängige Effekte von DnmA bestimmt werden. Durch mikroskopische Untersuchungen von verschiedenen DnmA‐GFP‐Stämmen wurden Lokalisationsänderungen während der Mitose gezeigt. Weiterhin wurde ein DnmA‐GFP‐Konstrukt unter der Kontrolle des endogenen Promotors generiert, wodurch das Protein in der Entwicklung eindeutig als Zelltypus spezifisches Protein, nämlich als Präsporen‐ bzw. Sporenspezifisches Protein, identifiziert werden konnte. Für die in vivo Analyse der katalytischen Aktivität des Enzyms konnten nun die Erkenntnisse aus der Charakterisierung des Gens bzw. Proteins berücksichtigt werden, um in vivo Substratkandidaten zu testen. Es zeigte sich, dass von allen bisherigen Substrat Kandidaten lediglich die tRNA^Asp als in vivo Substrat bestätigt werden konnte. Als besondere Erkenntnis konnte hierbei ein quantitativer Unterschied des Methylierungslevels zwischen verschiedenen Wildtypstämmen detektiert werden. Weiterhin wurde die Methylierung sowie Bindung an einen DNA‐Substratkandidaten ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass DnmA äußerst sequenzspezifisch mit Abschnitten des Retrotransposons DIRS‐1 in vivo eine Bindung eingeht. Auch für den Substrakandidaten snRNA‐U2 konnte eine stabile in vitro Komplexbildung zwischen U2 und hDnmt2 gezeigt werden. Insgesamt erfolgte auf Basis der ermittelten Expressionsdaten eine erneute Charakterisierung der Aktivität des Enzyms und der Substrate in vivo und in vitro.