Molecular contortionism – on the physical limits of serpin ‘loop-sheet’ polymers

2010 ◽  
Vol 391 (8) ◽  
Author(s):  
James A. Huntington ◽  
James C. Whisstock

Abstract Members of the serpin (serine protease inhibitor) superfamily fold into a metastable conformation that is crucial for proper function. As a consequence, serpins are susceptible to mutations that cause misfolding and the intracellular accumulation of pathogenic polymers. The mechanism of serpin polymerisation remains to be resolved, however, over the past two decades the ‘loop-sheet’ hypothesis has gained wide acceptance. In this mechanism the reactive centre loop of one serpin monomer inserts into the β-sheet A of another (in trans), in a manner similar to what is seen for reactive centre loop-cleaved and latent conformations (in cis). The hypothesis has been refined in response to certain experimental data, but it has proved difficult to assess the various propositions without creating molecular models. Here we evaluate the loop-sheet mechanism by creating models of pentamers of the archetypal serpin α1-antitrypsin. We conclude that an inescapable consequence of the loop-sheet mechanism is polymer compaction and rigidity, properties that are inconsistent with the ‘beads-on-a-string’ morphology of polymers obtained from human tissue. The recent crystal structure of a domain-swapped serpin dimer suggests an alternative mechanism that is consistent with known polymer properties, including the requirement of partial unfolding to induce polymer formation in vitro, and polymerisation from a folding intermediate in vivo.

2005 ◽  
Vol 201 (10) ◽  
pp. 1627-1635 ◽  
Author(s):  
Yok-Ai Que ◽  
Jacques-Antoine Haefliger ◽  
Lionel Piroth ◽  
Patrice François ◽  
Eleonora Widmer ◽  
...  

The expression of Staphylococcus aureus adhesins in Lactococcus lactis identified clumping factor A (ClfA) and fibronectin-binding protein A (FnBPA) as critical for valve colonization in rats with experimental endocarditis. This study further analyzed their role in disease evolution. Infected animals were followed for 3 d. ClfA-positive lactococci successfully colonized damaged valves, but were spontaneously eradicated over 48 h. In contrast, FnBPA-positive lactococci progressively increased bacterial titers in vegetations and spleens. At imaging, ClfA-positive lactococci were restricted to the vegetations, whereas FnBPA-positive lactococci also invaded the adjacent endothelium. This reflected the capacity of FnBPA to trigger cell internalization in vitro. Because FnBPA carries both fibrinogen- and fibronectin-binding domains, we tested the role of these functionalities by deleting the fibrinogen-binding domain of FnBPA and supplementing it with the fibrinogen-binding domain of ClfA in cis or in trans. Deletion of the fibrinogen-binding domain of FnBPA did not alter fibronectin binding and cell internalization in vitro. However, it totally abrogated valve infectivity in vivo. This ability was restored in cis by inserting the fibrinogen-binding domain of ClfA into truncated FnBPA, and in trans by coexpressing full-length ClfA and truncated FnBPA on two separate plasmids. Thus, fibrinogen and fibronectin binding could cooperate for S. aureus valve colonization and endothelial invasion in vivo.


2013 ◽  
Author(s):  
Ντενάρντα Ντάνγκαη

Καθώς η θεραπεία του καρκίνου των ωοθηκών με τις συμβατικές χημειοθεραπείες δεν είναι αποτελεσματική, αναζητούνται προσεγγίσεις που στοχεύουν συγκεκριμένους καρκινικούς στόχους ή ειδικά σηματοδοτικά μονοπάτια.Ένας από τους στόχους αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση του ρόλου των γλυκοπρωτεϊνών μεσοθηλίνη και CA125 στην εξέλιξη και μετάσταση του καρκίνου των ωοθηκών αλλά και η διερεύνηση εφαρμογών, που βασίζονται σε αντισώματα, με σκοπό τον περιορισμό των περιτοναϊκών μεταστάσεων. Έτσι, υποθέσαμε ότι η ταυτόχρονη στόχευση των δύο αυτών γλυκοπρωτεϊνών θα μπορούσε να περιορίσει πιο αποτελεσματικά τη μετάσταση. Για να ελέγξουμε την παραπάνω υπόθεση αναπτύξαμε ένα μοντέλο μεταστατικού καρκίνου των ωοθηκών στον ποντικό. Σύμφωνα με την in vivo απεικόνιση, η τοπική χορήγηση του συνδυασμού των δύο αντισωμάτων που στοχεύουν την μεσοθηλίνη και το CA125 περιόρισε τις μικρομεταστάσεις σε σύγκριση με τις ομάδες ποντικών στα οποία χορηγήθηκαν μεμονωμένα αντισώματα. Η ανάλυση των ανοσοποιητικών κυττάρων του καρκινικού μικροπεριβάλλοντος της περιτοναϊκής κοιλότητας έδειξε πως η συνδυασμένη θεραπεία περιόρισε α) τις μικρομεταστάσεις, β) το καρκινικό φορτίο και γ) τα δραστικά προερχόμενα από το μυελό ανοσοκατασταλτικά κύτταρα (myeloid-derived suppressor cells, MDSCs). Η σημασία της παρατήρησής μας είναι προφανής, αφού ένα καρκινικό μικροπεριβάλλον με λιγότερα ανοσοκατασταλτικά στοιχεία ευνοεί την ανοσολογική απόρριψη του όγκου.Η μεσοθηλίνη, εκτός από μια γλυκοπρωτεΐνη προσδεδεμένη στην κυτταρική επιφάνεια μέσω «άγκυρας» γλυκοσυλο-φωσφατιδυλο-ϊνοσιτόλης (GPI), υπάρχει και σε εκκρινόμενη μορφή και συνιστά έναν καρκινικό δείκτη στον ορό των ασθενών με καρκίνο των ωοθηκών. Διατυπώσαμε την υπόθεση ότι τα καρκινικά αντιγόνα με άγκυρα GPI όπως η μεσοθηλίνη, μπορούν να δεσμεύονται στον υποδοχέα της μαννόζης (MR) που εκφράζεται από τα μακροφάγα τα οποία διηθούν τους καρκίνους, μέσω των τελικών καταλοίπων μαννόζης. Επίσης η πρόσδεση της εκκρινόμενης από καρκινικά κύτταρα μεσοθηλίνης στον MR, θα μπορούσε να συνεισφέρει στην ενεργοποίηση των μακροφάγων προς έναν εναλλακτικό, σχετιζόμενο με τον καρκίνο φαινότυπο (TAM). Για να διερευνήσουμε την παραπάνω υπόθεση ελέγξαμε την ύπαρξη προσδεδεμένης μεσοθηλίνης στην επιφάνεια μακροφάγων από ασκίτες ασθενών με καρκίνο των ωοθηκών. Με κυτταρομετρία ροής βρήκαμε ότι τα μακροφάγα τα οποία εξέφραζαν τον υποδοχέα της μαννόζης είχαν στην επιφάνειά τους προσδεδεμένη μεσοθηλίνη. Σε in vitro πειράματα που περιελάμβαναν καλλιέργεια ώριμων μακροφάγων και καρκινικών σειρών ωοθήκης σε συστήματα transwell, επιβεβαιώσαμε την πρόσδεση της εκκρινόμενης από καρκινικά κύτταρα μεσοθηλίνης σε μακροφάγα που στο τεχνητό καρκινικό περιβάλλον υπερεκφράζουν τον υποδοχέα της μαννόζης. Επιπλέον, παρατηρήσαμε πως η εκκρινόμενη μεσοθηλίνη που δεν διαθέτει άγκυρα GPI δεν προσδένεται σε μακροφάγα. Για να αποδείξουμε πως η πρόσδεση οφειλόταν στον υποδοχέα της μαννόζης απομονώσαμε ανασυνδυασμένα αντισώματα κατά της υπομονάδας που αναγνωρίζει με ειδικότητα κατάλοιπα μαννόζης (anti-CDR4-MR human recombinant antibodies (scFv) μετά από σάρρωση βιβλιοθήκης ζύμης που εκφράζει στην επιφάνειά της ανασυνδυασμένα αντισώματα. Τα αντισώματα αυτά παρεμπόδισαν την πρόσδεση της μεσοθηλίνης. Επιπλέον, ο κλώνος #G11, απέτρεψε την πόλωση των μακροφάγων σε φαινότυπο TAM. Αυτό αποδεικνύει πως παράγοντες ικανοί να ρυθμίζουν την πόλωση των μακροφάγων στο καρκινικό μικροπεριβάλλον είναι δυνατόν να πυροδοτήσουν την απόρριψη του όγκου από τοανοσοποιητικό σύστημα.Για να διευρύνουμε τη στόχευση των σχετιζόμενων με τον καρκίνο μακροφάγων (ΤΑΜ), μελετήσαμε επίσης την γλυκοπρωτείνη Β7-Η4 που 1) αντιπροσωπεύει έναν από τους σημαντικούς καταστολείς των Τ λεμφοκυττάρων, 2) υπερεκφράζεταιι στα ΤΑΜ και 3) συσχετίζεται με αυξημένη επιθετικότητα και κακή πρόγνωση για την επιβίωση των ασθενών με καρκίνο των ωοθηκών. Μετά από ανάλυση πρωτογενών καρκινικών κυττάρων από ασκίτες ή συμπαγείς όγκους ή από ποντικούς στους οποίους είχαν δημιουργηθεί όγκοι ωοθήκης, εντοπίσαμε αυξημένη έκφραση του Β7-Η4 στην κυτταρική επιφάνεια. Επίσης, βρήκαμε πως τα διηθούμενα στον όγκο μακροφάγα παρουσίαζαν αυξημένη επιφανειακή έκφραση του Β7-Η4. Για τη στόχευση του Β7-Η4 των καρκινικών κυττάρων και των ανοσοκατασταλτικών ΤΑΜ, απομονώσαμε ανασυνδυασμένα αντισώματα. Επιλεγμένοι κλώνοι αντισωμάτων κατά του Β7-Η4 μελετήθηκαν λεπτομερώς για την ικανότητά τους να παρεμποδίζουν την ανοσοκατασταλτική δράση του Β7-Η4. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι ο κλώνος 3#54 μπορούσε να αντιστρέψει την καταστολή της ενεργότητας Τ λεμφοκυττάρων μετά από ομοιοπολική ενεργοποίηση μέσω του CD3 μορίου παρουσία της ανασυνδυασμένης Β7-Η4 πρωτεΐνης. Επιπλέον, αποδείξαμε ότι το B7-H4 που εκφράζεται in cis από αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα και καρκινικά κύτταρα ή in trans από ΤΑΜs μειώνει την ενεργοποίηση Τ κυττάρων με ειδικότητα για καρκινικά αντίγονα κατόπιν αναγνώρισης των κυττάρων-στόχων τους. Τo ανασυνδυασμένο αντίσωμα κατά του B7-H4 3#54 από την άλλη, εξουδετερώνει την αρνητική επίδραση του Β7-Η4 προάγοντας την ανοσολογική απόκριση των Τ λεμφοκυττάρων κατά των καρκινικών στόχων ή κυττάρων που παρουσιάζουν τον αντιγονικό επίτοπο. Ανακεφαλαιώνοντας, στην παρούσα εργασία μελετήσαμε τον ρόλο της υπερέκφρασης των γλυκοπρωτεϊνών μεσοθηλίνη, CA125, MR και B7-H4. Οι συγκεκριμένες αποτελούν σημαντικούς διαγνωστικούς και προγνωστικούς δείκτες στον καρκίνο των ωοθηκών. Μελετήσαμε την πρόσδεση αυτών των αντιγόνων σε μακροφάγα ή σε Τ λεμφοκύτταρα και αποκαλύψαμε σημαντικές συνέπειες των αλληλεπιδράσεων αυτών για την ανοσολογική απόκριση έναντι καρκινικών κυττάρων. Τέλος, απομονώσαμε ανασυνδυασμένα αντισώματα έναντι των παραπάνω γλυκοπρωτεϊνών και διερευνήσαμε την εφαρμογή τους σε πειραματικές μελέτες για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών μεθόδων στον καρκίνο των ωοθηκών.


2021 ◽  
Vol 22 (11) ◽  
pp. 5712
Author(s):  
Michał Tracz ◽  
Ireneusz Górniak ◽  
Andrzej Szczepaniak ◽  
Wojciech Białek

The SPL2 protein is an E3 ubiquitin ligase of unknown function. It is one of only three types of E3 ligases found in the outer membrane of plant chloroplasts. In this study, we show that the cytosolic fragment of SPL2 binds lanthanide ions, as evidenced by fluorescence measurements and circular dichroism spectroscopy. We also report that SPL2 undergoes conformational changes upon binding of both Ca2+ and La3+, as evidenced by its partial unfolding. However, these structural rearrangements do not interfere with SPL2 enzymatic activity, as the protein retains its ability to auto-ubiquitinate in vitro. The possible applications of lanthanide-based probes to identify protein interactions in vivo are also discussed. Taken together, the results of this study reveal that the SPL2 protein contains a lanthanide-binding site, showing for the first time that at least some E3 ubiquitin ligases are also capable of binding lanthanide ions.


Author(s):  
Naresh Damuka ◽  
Miranda Orr ◽  
Paul W. Czoty ◽  
Jeffrey L. Weiner ◽  
Thomas J. Martin ◽  
...  

AbstractMicrotubules (MTs) are structural units in the cytoskeleton. In brain cells they are responsible for axonal transport, information processing, and signaling mechanisms. Proper function of these processes is critical for healthy brain functions. Alcohol and substance use disorders (AUD/SUDs) affects the function and organization of MTs in the brain, making them a potential neuroimaging marker to study the resulting impairment of overall neurobehavioral and cognitive processes. Our lab reported the first brain-penetrant MT-tracking Positron Emission Tomography (PET) ligand [11C]MPC-6827 and demonstrated its in vivo utility in rodents and non-human primates. To further explore the in vivo imaging potential of [11C]MPC-6827, we need to investigate its mechanism of action. Here, we report preliminary in vitro binding results in SH-SY5Y neuroblastoma cells exposed to ethanol (EtOH) or cocaine in combination with multiple agents that alter MT stability. EtOH and cocaine treatments increased MT stability and decreased free tubulin monomers. Our initial cell-binding assay demonstrated that [11C]MPC-6827 may have high affinity to free/unbound tubulin units. Consistent with this mechanism of action, we observed lower [11C]MPC-6827 uptake in SH-SY5Y cells after EtOH and cocaine treatments (e.g., fewer free tubulin units). We are currently performing in vivo PET imaging and ex vivo biodistribution studies in rodent and nonhuman primate models of AUD and SUDs and Alzheimer's disease.


1990 ◽  
Vol 10 (8) ◽  
pp. 4256-4265 ◽  
Author(s):  
C J Brandl ◽  
K Struhl

In the gal-his3 hybrid promoter his3-GG1, the yeast upstream activator protein GCN4 stimulates transcription when bound at the position normally occupied by the TATA element. This TATA-independent activation by GCN4 requires two additional elements in the gal enhancer region that are distinct from those involved in normal galactose induction. Both additional elements appear to be functionally distinct from a classical TATA element because they cannot be replaced by the TFIID-binding sequence TATAAA. One of these elements, termed Q, is essential for GCN4-activated transcription and contains the sequence GTCAC CCG, which overlaps (but is distinct from) a GAL4 binding site. Surprisingly, relatively small increases in the distance between Q and the GCN4 binding site significantly reduce the level of transcription. The Q element specifically interacts with a yeast protein (Q-binding protein [QBP]) that may be equivalent to Y, a protein that binds at a sequence that forms a constraint to nucleosome positioning. Analysis of various deletion mutants indicates that the sequence requirements for binding by QBP in vitro are indistinguishable from those necessary for Q activity in vivo, strongly suggesting that QBP is required for the function of this TATA-independent promoter. These results support the view that transcriptional activation can occur by an alternative mechanism in which the TATA-binding factor TFIID either is not required or is not directly bound to DNA. In addition, they suggest a potential role of nucleosome positioning for the activity of a promoter.


2007 ◽  
Vol 98 (4) ◽  
pp. 2324-2336 ◽  
Author(s):  
Adriano Augusto Cattani ◽  
Valérie Delphine Bonfardin ◽  
Alfonso Represa ◽  
Yehezkel Ben-Ari ◽  
Laurent Aniksztejn

Cell-surface glutamate transporters are essential for the proper function of early cortical networks because their dysfunction induces seizures in the newborn rat in vivo. We have now analyzed the consequences of their inhibition by dl-TBOA on the activity of the developing CA1 rat hippocampal network in vitro. dl-TBOA generated a pattern of recurrent depolarization with an onset and decay of several seconds' duration in interneurons and pyramidal cells. These slow network oscillations (SNOs) were mostly mediated by γ-aminobutyric acid (GABA) in pyramidal cells and by GABA and N-methyl-d-aspartate (NMDA) receptors in interneurons. However, in both cell types SNOs were blocked by NMDA receptor antagonists, suggesting that their generation requires a glutamatergic drive. Moreover, in interneurons, SNOs were still generated after the blockade of NMDA-mediated synaptic currents with MK-801, suggesting that SNOs are expressed by the activation of extrasynaptic NMDA receptors. Long-lasting bath application of glutamate or NMDA failed to induce SNOs, indicating that they are generated by periodic but not sustained activation of NMDA receptors. In addition, SNOs were observed in interneurons recorded in slices with or without the strata pyramidale and oriens, suggesting that the glutamatergic drive may originate from the radiatum and pyramidale strata. We propose that in the absence of an efficient transport of glutamate, the transmitter diffuses in the extracellular space to activate extrasynaptic NMDA receptors preferentially present on interneurons that in turn activate other interneurons and pyramidal cells. This periodic neuronal coactivation may contribute to the generation of seizures when glutamate transport dysfunction is present.


1994 ◽  
Vol 14 (9) ◽  
pp. 5731-5740
Author(s):  
L T Braiterman ◽  
J D Boeke

Mutations within the TYB gene of Ty1 encoding integrase (IN) as well as alterations in its substrate, a linear DNA molecule, were examined for their effects on in vitro IN activity, using a recently developed physical assay. Five different codon-insertion mutations, two frameshift mutations, and one missense mutation, previously identified as transposition-deficient mutations, were tested. Virus-like particles, the source of IN, from two different protease mutants and a reverse transcriptase mutant exhibited near-normal to normal IN activity. Two frameshift mutations mapping within the phylogenetically variable C-terminal domain of IN resulted in significant in vitro IN activity. In contrast, three mutations within the amino-terminal conserved domain of IN completely abolished IN activity. When the substrate termini were mutated, we found that substrates with as few as 4 bp of Ty1 termini were capable of efficiently generating integration products. Surprisingly, certain substrates that lacked obvious similarity to Ty1 termini were also readily integrated into both linear and circular targets, whereas others were not used as substrates at all. Termini rich in adenosine residues were among the more active substrates; however, certain substrates lacking terminal adenosine residues can form small quantities of integration products, including complete integration reactions.


2021 ◽  
Author(s):  
Guofang Zhang ◽  
Yalin Cong ◽  
Guoli Cao ◽  
Liang Li ◽  
Peng Yu ◽  
...  

The global emergency caused by the SARS-CoV-2 pandemics can only be solved with adequate preventive and therapeutic strategies, both currently missing. The electropositive Receptor Binding Domain (RBD) of SARS-CoV-2 spike protein with abundant β-sheet structure serves as target for COVID-19 therapeutic drug design. Here, we discovered that ultrathin 2D CuInP2S6 (CIPS) nanosheets as a new agent against SARS-CoV-2 infection, which also able to promote viral host elimination. CIPS exhibits extremely high and selective binding capacity with the RBD of SARS-CoV-2 spike protein, with consequent inhibition of virus entry and infection in ACE2-bearing cells and human airway epithelial organoids. CIPS displays nano-viscous properties in selectively binding with spike protein (KD < 1 pM) with negligible toxicity in vitro and in vivo. Further, the CIPS-bound SARS-CoV-2 was quickly phagocytosed and eliminated by macrophages, suggesting CIPS could be successfully used to capture and facilitate the virus host elimination with possibility of triggering anti-viral immunization. Thus, we propose CIPS as a promising nanodrug for future safe and effective anti-SARS-CoV-2 therapy, as well as for use as disinfection agent and surface coating material to constrain the SARS-CoV-2 spreading.


2005 ◽  
Vol 386 (7) ◽  
pp. 699-704 ◽  
Author(s):  
Luciano Puzer ◽  
Juliana Vercesi ◽  
Marcio F.M. Alves ◽  
Nilana M.T. Barros ◽  
Mariana S. Araujo ◽  
...  

Abstract We investigated the ability of cathepsin L to induce a hypotensive effect after intravenous injection in rats and correlated this decrease in blood pressure with kinin generation. Simultaneously with blood pressure decrease, we detected plasma kininogen depletion in the treated rats. The effect observed in vivo was abolished by pre-incubation of cathepsin L with the cysteine peptidase-specific inhibitor E-64 (1 μM) or by previous administration of the bradykinin B2 receptor antagonist JE049 (4 mg/kg). A potentiation of the hypotensive effect caused by cathepsin L was observed by previous administration of the angiotensin I-converting enzyme inhibitor captopril (5 mg/kg). In vitro studies indicated that cathepsin L excised bradykinin from the synthetic fluorogenic peptide Abz-MTSVIRRPPGFSPFRAPRV-NH2, based on the Met375–Val393 sequence of rat kininogen (Abz=o-aminobenzoic acid). In conclusion, our data indicate that in vivo cathepsin L releases a kinin-related peptide, and in vitro experiments suggest that the kinin generated is bradykinin. Although it is well known that cysteine proteases are strongly inhibited by kininogen, cathepsin L could represent an alternative pathway for kinin production in pathological processes.


Gene ◽  
1996 ◽  
Vol 181 (1-2) ◽  
pp. 135-137
Author(s):  
Barbara Reifenrath-Biesel ◽  
Hinrich Abken

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document