Информације

12.1.1: Увод у биолошке макромолекуле - биологија

12.1.1: Увод у биолошке макромолекуле - биологија


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hrana obezbeđuje telu hranljive materije koje su mu potrebne za preživljavanje. Ovi makromolekuli (polimeri) su izgrađeni od različitih kombinacija manjih organskih molekula (monomera). Које посебне врсте биолошких макромолекула захтевају жива бића? Како се формирају ови молекули? Које функције обављају? У овом поглављу ова питања ће бити истражена.


12.1.1: Увод у биолошке макромолекуле - биологија

Magnetozomi su membranske organele bogate proteinima koje inkapsuliraju magnetit ili greigit i čije poravnanje lanca omogućava magnetotaktičkim bakterijama (MTB) da osete geomagnetno polje. Како ове бактерије синтетизирају униформне магнетске честице, њихов механизам биоминерализације је од великог интереса међу истраживачима из различитих области, од инжењеринга материјала до медицине. I formiranje magnetozoma i sinteza magnetnih čestica su visoko kontrolisani procesi koji se mogu podeliti u nekoliko ključnih koraka: invaginacija membrane sa unutrašnje ćelijske membrane, sortiranje proteina, raspored magnetozoma u lance, transport gvožđa, regulacija lumena magnetosoma u hemijskom okruženju, нуклеације магнетних честица и на крају контрола раста, величине и морфологије кристала. Овај сложени систем укључује скуп јединствених протеина који учествују у различитим фазама током формирања магнетосома, од којих су неки опсежно проучавани последњих година. Овде представљамо тренутно знање о биосинтези магнетосома са фокусом на различите протеине и главне биохемијске путеве у овом процесу.

Шта можемо научити из података о биоактивности? Hemoinformatički alati i primene u istraživanju hemijske biologije

Све већи подаци о биоактивности који се данас производе омогућавају исцрпне приступе прикупљању података и откривању знања који мењају истраживања хемијске биологије. Стога постоји богатство алата за хемоинформатику, веб услуга и апликација које подржавају пажљиву процену и анализу експерименталних података како би се извели закључци који могу утицати на даљи развој хемијских сонди и потенцијалних оловних структура. Ovaj pregled se fokusira na pristupe otvorenog koda kojima se mogu baviti naučnici koji nisu upoznati sa računarskim metodama bez stručnog znanja o hemoinformatici i modeliranju. Наш циљ је да представимо лако управљани пакет алата за подршку свакодневном лабораторијском раду. Ovo uključuje, između ostalog, dostupne baze podataka o bioaktivnosti i srodnim molekulima, kao i alate za rukovanje i analizu internih podataka.

Писма
Napredak u opioidnim vakcinama na recept: smanjenje smrtnosti od predoziranja i izuzetna promena poluživota leka
  • Атсусхи Кимисхима,
  • Kodi Džej Ventur,
  • Bin Zhou i
  • Kim D. Janda*

Опиоиди на рецепт (ПО), попут оксикодона и хидрокодона, високо су ефикасни лекови за ублажавање болова, али такође представљају значајан ризик од злоупотребе и зависности. Potrošnja PO eskalira širom sveta, što dovodi do desetina hiljada smrtnih slučajeva usled predoziranja svake godine. Фармакокинетичке стратегије засноване на вакцинацији представљају атрактиван начин за сузбијање злоупотребе ПО. Ovde je opisano pripremanje dve aktivne PO vakcine za koje je utvrđeno da izazivaju antiopioidna antitela visokog afiniteta kroz strukturno kongruentni dizajn lek-hapten. Примена ових вакцина резултирала је значајном блокадом опиоидног аналгетског деловања, заједно са невиђеним повећањем полувремена серума лека и заштитом од смртоносног предозирања.

Додељивање алге извора диметилсулфида помоћу селективног инхибитора лизазе
  • Urija Alkolombri,
  • Леи Леи,
  • Диана Мелтзер,
  • Ассаф Варди, и
  • Dan S. Tawfik*

Атмосферски диметилсулфид (ДМС) масовно се производи у океанима бактеријама, алгама и кораљима. Да бисмо омогућили идентификацију извора ДМС-а, развили смо моћан инхибитор породице алма диметилсулфониопропионат лизаза заснован на механизму који не инхибира познате бактеријске лизе. Njegova primena na koralni holobiont ukazuje da DMS potiče od Alma liase(a). Ovo biohemijsko profilisanje može dopuniti metagenomiku i transkriptomiku kako bi se obezbedilo bolje razumevanje morskog ciklusa sumpora.

Adukcija histona ketoamida od strane 4-okso-2-nonenala je reverzibilna posttranslaciona modifikacija koju reguliše Sirt2
  • Иивен Цуи,
  • Ксин Ли,
  • Jianwei Lin,
  • Куан Хао* , и
  • Ксианг Давид Ли*

Електрофили добијени липидима (ЛДЕ) директно модификују протеине како би модулирали ћелијске сигналне путеве као одговор на оксидативни стрес. Недавно је откривено да један такав ЛДЕ, 4-оксо-2-ноненал (4-ОНЕ) циља на хистоне и омета скупљање хистона у нуклеосоме. Za razliku od drugih LDE-a koji preferentno modifikuju cistein putem nukleofilnog Michaelovog dodavanja, 4-ONE reaguje sa histonskim lizinskim ostacima da bi formirao novu modifikaciju histona, gama-oksononanoilaciju (Kgon). Međutim, ostaje nejasno da li Kgon može da izazove nepovratno oštećenje ili da ga regulišu enzimi koji „brišu“ ovu neenzimsku modifikaciju. Овде извештавамо да људски Сирт2 катализује уклањање хистона Кгон. Међу испитаним људским сиртуинима, Сирт2 је ин витро показао снажну активност деацилазе према хистонским пептидима који преносе Кгон. Користимо алкинил-4-ОНЕ као хемијски извештач за Кгон да покажемо да је Сирт2 одговоран за уклањање хистона Кгон у ћелијама. Štaviše, razvijamo hemijsku sondu reaktivnu na ketone za otkrivanje histona modifikovanih endogenim 4-ONE u makrofagima kao odgovor na inflamatornu stimulaciju. Koristeći ovu sondu, prikazujemo Sirt2 kao deacilazu sposobnu da kontroliše histon Kgon u stimulisanim makrofagima. Ova studija otkriva novi mehanizam za regulaciju posttranslacionih modifikacija proteina izvedenih iz LDE, kao i novu ulogu koju Sirt2 igra kao histon Kgon deacilaza u citoprotektivnim signalnim odgovorima.

Зависност ћелијске густине пептидне активности одбране домаћина и селективности у присуству ћелија домаћина
  • Filipo Savini,
  • Винцензо Луца,
  • Алессио Боцеди,
  • Ренато Массоуд,
  • Yoonkyung Park,
  • Мариа Луиса Мангони, и
  • Lorenco Stella*

Peptidi za odbranu domaćina (HDP) su obećavajuća jedinjenja protiv mikroba otpornih na više lekova. Ин витро, њихове бактерицидне и токсичне концентрације су значајно различите, али то може бити последица употребе одвојених тестова, са различитим густинама ћелија. За експерименте са једним типом ћелија, зависност ћелијске густине активне концентрације ДНС-ПМАП23 ХДП-а могла се предвидети на основу равнотеже поделе вода/ћелија-мембрана и показала доњу границу при ниском броју ћелија. На основу ових података, у истовременом присуству и бактерија и вишка људских ћелија, могло би се очекивати значајна токсичност, али и инхибиција бактерицидне активности услед секвестрације пептида од стране ћелија домаћина. Међутим, до ове инхибиције није дошло у тестовима са мешовитом популацијом ћелија, што показује да за ХДП ескулентин-1а (1-21) НХ2 постоји низ бактерицидних, нетоксичних концентрација и потврђује ефикасну селективност ХДП-а. Тестови са мешовитим ћелијама могу бити потребни за ефикасну процену ХДП селективности.

Испитивање везних интерфејса хистон-аптамера помоћу фото умрежене масене спектрометрије
  • Цонгцонг Лу,
  • Схансхан Тиан,
  • Гуијин Зхаи,
  • Зуофеи Иуан,
  • Yijun Li,
  • Xiwen He,
  • Yukui Zhang i
  • Каи Зханг*

Протеини хистона, који би могли да ступе у интеракцију са ДНК, играју важну улогу у регулацији хроматинских структура, транскрипцији и другим биолошким процесима заснованим на ДНК. Овде смо развили нову сонду засновану на аптамеру за анализу интерфејса хистонских Х4-аптамера. Ова сонда садржи ДНК секвенцу за специфично препознавање хистона Х4, биотинску ознаку за обогаћивање афинитета, фотоактивну групу арил азида за умрежавање и дисулфидну групу која се може раздвојити за дистанцирање аптамера од означених хистона. Успешно смо постигли специфично обогаћивање хистона Х4 и даље развили нову стратегију анализе интеракције хистон-аптамер фото-унакрсном масеном спектрометријом. Oblast vezivanja histona H4 za aptamer je istražena i diskutovana po prvi put. Ova strategija pokazuje veliki potencijal i može dodatno doprineti razumevanju obrazaca interakcije histon-DNK.

Članci
Efikasna bakterijska fukozidaza za remodeliranje glikoproteina
  • Тсунг-И Тсаи,
  • Схиоу-Тинг Ли,
  • Цхиу-Пинг Лиу,
  • Карен И. Цхен,
  • Сацхин С. Схиватаре,
  • Čin-Vej Lin,
  • Схих-Фен Лиао,
  • Či-Vej Lin,
  • Тсуи-Линг Хсу,
  • Јинг-Та Ву,
  • Минг-Хунг Тсаи,
  • Менг-Иу Лаи,
  • Nan-Horng Lin,
  • Цхунг-Ии Ву и
  • Цхи-Хуеи Вонг*

Fukoza je važna komponenta mnogih oligo- i polisaharidnih struktura, kao i glikoproteina i glikolipida, koji su često povezani sa različitim fiziološkim procesima u rasponu od oplodnje, embriogeneze, transdukcije signala i progresije bolesti, kao što su reumatoidni artritis, zapaljenje i рак. Enzim α-l-fukozidaza je uključen u cepanje fukozidne veze u glikanima i glikokonjugatima, posebno u Fuc-α-1,2-Gal, Fuc-α-1,3/4-GlcNAc i Fuc-α- 1,6-GlcNAc veze. Овде наводимо високо ефикасну фукозидазу, означену као БфФуцХ идентификовану из библиотеке бактеријских гликозидаза изражену у Е. цоли из базе података ЦАЗи, која је способна да хидролизује горе поменуте фукозидне везе, посебно α-1,6-везу N-vezani Fuc-α-1,6-GlcNAc ostatak na glikoproteinima. Korišćenje BfFucH u kombinaciji sa endoglikozidazama i novonastalim glikosintazama omogućava glikoinženjering IgG antitela da obezbedi homogene glikoforme sa dobro definisanim strukturama glikana i optimalnim efektorskim funkcijama.

Strukturno zasnovana analiza specifičnosti supstrata heparan sulfata 6-О.-Сулфотрансферазе
  • Yongmei Xu,
  • Андреа Ф. Моон,
  • Shuqin Xu,
  • Јуно М. Крахн,
  • Јиан Лиу* , и
  • Lars C. Pedersen

Хепаран сулфат (ХС) је сулфатни полисахарид који испољава битне физиолошке функције. ХС 6-О-сулфотрансфераза (6-ОСТ) преноси сулфо групу на 6-ОХ позицију јединица глукозамина како би се дале различите биолошке активности ХС. У људском геному постоје три различите изоформе 6-ОСТ. Ovde izveštavamo o kristalnim strukturama ternarnog kompleksa 6-OST sa analogom sulfo donora 3′-fosfoadenozin 5′-fosfatom i tri različita oligosaharidna supstrata u rezolucijama od 1,95 do 2,1 A. Структурне и мутационе анализе откривају остатке аминокиселина који доприносе катализи и препознавању супстрата 6-ОСТ. Неочекивано, структуре откривају да 6-ОСТ укључује ХС у потпуно другачијој оријентацији од осталих ХС сулфотрансфераза и баца светло на основне захтеве ХС за специфичност. Ovi nalazi takođe doprinose strukturalnim informacijama za razumevanje mutacija u humanoj 6-OST izoformi 1 povezane sa ljudskom genetskom bolešću idiopatskim hipogonadotropnim hipogonadizmom koji karakteriše nepotpun ili nedostatak puberteta.

Put aktivacije analoga nukleozida koji inhibira polimerazu respiratornog sincicijalnog virusa
  • Paul C. Jordan,
  • Сара К. Стивенс,
  • Иуен Там,
  • Rajan P. Pemberton,
  • Схувам Цхаудхури,
  • Антица Д. Стојчева,
  • Наталиа Диаткина,
  • Гуангии Ванг,
  • Julian A. Symons ,
  • Jerome Deval* , и
  • Лео Беигелман

Хумани респираторни синцицијски вирус (РСВ) је РНА вирус негативног смисла и значајан је узрок респираторне инфекције код одојчади и старијих особа. Нису доступне ефикасне вакцине или антивирусне терапије за лечење РСВ -а. ALS-8176 je prvi u klasi nukleozidni prolek inhibitor replikacije RSV-a koji je trenutno pod kliničkom evaluacijom. ALS-8112, roditeljski molekul ALS-8176, prolazi kroz unutarćelijsku fosforilaciju, dajući aktivni metabolit 5′-trifosfata. Kinaze domaćina odgovorne za ovu konverziju nisu poznate. Због тога је објашњење активационог пута АЛС-8112 кључно за даље разумевање његовог механизма конверзије, посебно с обзиром на његове моћне антивирусне ефекте. Ovde smo identifikovali put aktivacije ALS-8112 i pokazali da se razlikuje od drugih antivirusnih analoga citidina. Први корак, који покреће деоксицитидин киназа (дЦК), је високо ефикасан, док други корак ограничава стварање активних 5′-трифосфатних врста. АЛС-8112 је 2′- и 4′-модификован аналог нуклеозида, што нас наводи на истраживање дЦК препознавања других 2′- и 4′-модификованих нуклеозида. Наш биохемијски приступ заједно са рачунарским моделовањем доприноси побољшаном профилу структура -активност за дЦК. Ovi rezultati naglašavaju uzbudljiv potencijal za optimizaciju analoga nukleozida na osnovu drugog koraka aktivacije i povećanu pažnju prema prolekovima nukleozid difosfata i trifosfata u otkrivanju lekova.

Комплетна биосинтеза поновљене јединице тетрасахарида имуномодулатора Bacteroides fragilis Kapsularni polisaharid A

Капсуларни полисахарид А (ЦПСА) је полимер са четири шећера који се понавља и налази се на површини симбионта цријева Бацтероидес фрагилис који има терапеутски потенцијал у животињским моделима аутоимуних поремећаја. Овај терапеутски потенцијал приписује се његовом цвитерјонском карактеру изведеном из позитивно наелектрисаног Н-ацетил-4-аминогалактозамина (ААДГал) и негативно наелектрисане 4,6-О-пирувиловане галактозе (ПирГал). У овом извештају, коришћењем флуоресцентне полиизопреноидне хемијске сонде, постигнут је потпуни ензимски склоп јединице понављања ЦПСА тетрасахарида. Предложена пирувилтрансфераза, ВцфО галактопиранозна мутаза, ВцфМ и гликозилтрансферазе, ВцфП и ВцфН, кодиране ЦПСА генском групом биосинтезе хетерологно су изражене и функционално окарактерисане. Утврђено је да се модификација пирувата, коју катализује ВцфО, јавља на галактози полиизопреноидно везаног дисахарида (ААДГал-Гал), а није се десила на галактози повезаној са уридин дифосфатом (УДП) или низом аналога нитрофенил-галактозе. Такође је утврђено да је ова модификација пирувата потребна за уградњу следећег шећера у пут Н-ацетилгалактозамин (ГалНАц) помоћу гликозилтрансферазе ВцфП. Модификација галактозе пируват ацеталом није претходно истраживана у контексту пута биосинтезе полисахарида, а овај рад показује важност ове модификације за понављање састављања јединица. Након производње полисопреноидно повезаног ААДГал-ПирГал-ГалНАц, откривено је да протеини ВцфМ и ВцфН делују заједно и формирају коначни тетрасахарид, где је ВцфМ формирао УДП-галактофуранозу (Галф), а ВцфН преноси Галф у ААДГал-ПирГал-ГалНАц . Овај рад приказује први ензимски склоп јединице понављања тетрасахарида ЦПСА у секвенцијалној реакцији са једним лонцем.

Ciljanje NF-κB p65 sa Helenalinom inspirisanim Bis-elektrofilom
  • John C. Widen,
  • Aron M. Kempema,
  • Петер В. Виллалта, и
  • Даниел А. Харки*

Канонски сигнални пут НФ-κБ је посредник ћелијског инфламаторног одговора и мета за развој терапеутика за више људских болести. Најдаљи низводни протеини на путу, п50/п65 фактор транскрипције хетеродимер, били су непокорни према инхибицији малих молекула упркос значајном броју једињења за која је познато да инхибирају узводне протеине на путу активације. С обзиром на улоге многих од ових узводних протеина у више биохемијских путева, циљање п50/п65 хетеродимера нуди прилику за побољшану специфичност циља. U tom cilju, protein p65 predstavlja dva nedisulfidna cisteina, Cys38 i Cys120, na svom interfejsu za vezivanje DNK koji su podložni ciljanju kovalentnih molekula. Ranije je pokazano da prirodni proizvod helenalin, seskviterpenski lakton, cilja Cys38 na p65 i uklanja njegovu sposobnost vezivanja za DNK. Koristeći helenalin kao inspiraciju, dizajnirani su, sintetisani i prikazani pojednostavljeni analozi helenalina, koji inhibiraju indukovanu kanonsku NF-κB signalizaciju u ćelijskoj kulturi. Штавише, две поједностављене хеленалинске сонде биле су веште у формирању ковалентних протеинских адуката, везивању за Цис38 на рекомбинантном п65 и циљању п65 у ХеЛа ћелијама без ангажовања канонских сигналних протеина НФ-κБ ИκБα, п50 и ИККα/β. Ове студије даље подржавају да је циљање интерфејса транскрипционог фактора п65-ДНК са ковалентним инхибиторима малих молекула одржив приступ у регулисању канонске НФ-κБ сигнализације.

Инверзија селективности јединице продуживача у еритромицин поликетид синтази инжењерингом ацилтрансферазе
  • Ирина Кориакина,
  • Цхристиан Касеи,
  • Džon B. Makartur,
  • Андрев Н. Ловелл,
  • Džozef A. Čemler,
  • Схасха Ли,
  • Доуглас А. Хансен,
  • Давид Х. Схерман, и
  • Гавин Ј. Виллиамс*

Aciltransferazni (AT) domeni poliketid sintaza (PKS) biraju jedinice proširenja za ugradnju u poliketide i diktiraju velike delove struktura klinički relevantnih prirodnih proizvoda. Сходно томе, постоји значајан интерес за инжењеринг специфичности супстрата ПКС АТс како би се селективно манипулисало структуром поликетида. Међутим, претходни покушаји пројектовања АТ -а дали су мутиране ПКС -ове са опуштеном специфичношћу јединице екстендера, а не инверзијом селективности са једне подлоге на другу. Ovde, direktnim skriningom selektivnosti ekstenzivne jedinice mutanata iz biblioteka zasićenja aktivnog mesta AT iz prototipične PKS, 6-deoksieritronolid B sintaze, otkriven je skup pojedinačnih aminokiselinskih supstitucija koje dramatično utiču na selektivnost PKS sa samo skromnim смањење приноса производа. Jedna konkretna supstitucija (Tyr189Arg) je obrnula selektivnost divljeg tipa PKS od njegovog prirodnog supstrata ka ne-prirodnim alkinil-modifikovanim ekstenzivnim jedinicama dok je zadržala više od dvostruko veću aktivnost od PKS divljeg tipa sa njegovim prirodnim supstratom. Strategija i mutacije koje su ovde opisane formiraju platformu za kombinatornu biosintezu selektivno modifikovanih analoga poliketida koji su modifikovani ne-prirodnom i ne-nativnom hemijskom funkcionalnošću.

Рударство геномима машина са посредством протеина посредованих амино групом: откриће и биосинтетичка карактеризација природног производа са јединственом јединицом хидразона
  • Keniči Macuda,
  • Fumihito Hasebe,
  • Yuh Shiwa,
  • Иу Канесаки,
  • Takeo Tomita,
  • Хирофуми Иосхикава,
  • Kazuo Shin-ya,
  • Томохиса Кузуиама и
  • Макото Нисхииама*

Nedavno smo otkrili da soj Streptomyces poseduje gen koji kodira protein nosač amino grupe (AmCP). АмЦП је укључен у биосинтезу претходно неидентификоване непротеиногене аминокиселине, (2С, 6Р) -диамино- (5Р, 7) -дихидрокси-хептанске киселине (ДАДХ), која је језгро једињења за синтезу романа који садржи дипептиде природни производ вазабитид А. Користили смо скрининг полимеразном ланчаном реакцијом (ПЦР) да бисмо истражили разноликост биосинтетичких машина које користе АмЦП. Резултати су открили да су гени који кодирају АмЦП широко распрострањени међу актиномицетама. Хетерологна експресија генског кластера који садржи АмЦП из Стрептомицес сп. SoC090715LN-17 doveo je do otkrića s56-p1, novog prirodnog proizvoda. Структура с56-п1 одређена је спектроскопском анализом. Резултати су открили да с56-п1 има језгро као претпостављени молекул изведен из ДАДХ, а такође поседује јединствену хидразонску јединицу која се ретко примећује у природним производима. Наши резултати отварају пут истраживању неексплоатисаних путева биосинтезе посредованих АмЦП-ом међу актиномицетама и биосинтетичког механизма јединствене хидразонске јединице.

Fenotipski ekran za regeneraciju srca identifikuje molekule sa diferencijalnom aktivnošću u ćelijama koje potiču iz epikarda čoveka u odnosu na srčane fibroblaste
  • Amalija I. Paunović,
  • Lauren Drowley* ,
  • Аннели Нордквист,
  • Елке Ерицсон,
  • Elizabet Mouchet,
  • Анна Јонебринг,
  • Гуннар Гронберг,
  • Александар Ј. Квист,
  • Ола Енгквист,
  • Martin R. Brown,
  • Karin Gedda,
  • Мари-Јосе Гоуманс,
  • Кинг-Донг Ванг и
  • Аллеин Т. Пловригхт

Aktivacija i proliferacija rezidentnih srčanih progenitornih ćelija ima terapeutski potencijal da popravi srce nakon povrede. Međutim, istraživanje je otežano nedostatkom dobro definisanih i karakterisanih izvora ćelija i poteškoćama u prevođenju na platforme za skrining. Ovde opisujemo razvoj, validaciju i upotrebu fenotipskog testa sa 384 bunara u primarnim ćelijama dobijenim iz epikarda čoveka (EPDC) da bismo identifikovali jedinjenja koja indukuju proliferaciju uz održavanje progenitorskog fenotipa. Користећи овај тест, прегледали смо 7400 структурно различитих једињења где је више од 90% биолошки означено и познато је да модулира широк спектар биолошких циљева. Sa primarnog ekrana smo identifikovali i potvrdili pogotke i proširili molekule olova od interesa. У хуманим срчаним фибробластима развијен је контра екран за филтрирање једињења са општим пролиферативним ефектом, након чега је активност одабраних молекула потврђена код више давалаца ЕПДЦ. Да бисмо даље испитали механизам деловања једињења са означеним циљевима, извели смо нокдаун експерименте да бисмо разумели да ли је једна позната мета одговорна за пролиферативни ефекат, потврђујући резултате тестовима експресије протеина и активности. Овде смо успели да покажемо да означене мете једињења од интереса нису одговорне за пролиферативни ефекат, што наглашава потенцијалне разлике у типовима ћелија и сигналним путевима и могућој полифармакологији. Ove studije pokazuju izvodljivost korišćenja relevantnih ljudskih primarnih ćelija u fenotipskom ekranu za identifikaciju jedinjenja kao novih bioloških alata i polaznih tačaka za projekte otkrivanja lekova, a mi otkrivamo prve male molekule za proliferaciju ljudskih primarnih EPDC.

Структура и функција оксигеназе која цепа Ц -Ц везу у атипичној биосинтези ангуциклина
  • Guohui Pan,
  • Xiaoqin Gao,
  • Кекианг Фан,
  • Јунлин Лиу,
  • Бинг Менг,
  • Јинмин Гао,
  • Бин Ванг,
  • Цхаобо Зханг,
  • Хуи Хан,
  • Гуомин Аи,
  • Јихуа Чен,
  • Донг Ву* ,
  • Zhi-Jie Liu* , и
  • Keqian Yang*

Oksinaze za cepanje prstena C–C veze predstavljaju jedinstvenu porodicu enzima uključenih u reakciju cepanja B prstena koja se primećuje samo u atipičnoj biosintezi anguciklina. Расцеп Б прстена кључна је реакција која доводи до драматичне дивергенције у коначним структурама атипичних ангуциклина. Овде представљамо кристалну структуру АлпЈ, прве структуре ове породице ензима. АлпЈ је верификован као ензим који катализује цепање Ц -Ц везе у биосинтези кинамицина. Кристална структура мономера АлпЈ подсећа на димерну структуру протеина сличних фередоксину. Н- и Ц-терминалне половине АлпЈ су хомологне и обе садрже наводно џеп за везивање хидрофобног супстрата у „затвореној“ и „отвореној“ конформацији. Strukturno poređenje AlpJ sa ActVA-Orf6 i analiza spajanja protein-ligand sugeriše da su ostaci uključujući Asn60, Trp64 i Trp181 verovatno uključeni u prepoznavanje supstrata. Rezultati mutageneze usmerene na mesto podržali su našu hipotezu, pošto je mutacija ovih ostataka dovela do skoro potpunog gubitka aktivnosti AlpJ. Strukturna analiza je takođe otkrila da AlpJ poseduje intramolekularni interfejs domen-domen, gde ostaci His50 i Tyr178 formiraju vodoničnu vezu koja verovatno stabilizuje trodimenzionalnu strukturu AlpJ. Мутагенеза усмерена на локацију показала је да су два остатка, Хис50 и Тир178, витални за активност АлпЈ. Наши налази бацају светло на структуру и каталитички механизам АлпЈ породице оксигеназа, која вероватно укључује два активна места која би могла да функционишу на кооперативан начин.

Мапирање обрасца фосфорилације Дросопхила меланогастер РНА полимераза ИИ карбоксилно-терминалска домена помоћу ултраљубичасте фотодисоцијације масена спектрометрија
  • Јосхуа Е. Маифиелд,
  • Mišel R. Robinson,
  • Вицториа Ц. Цотхам,
  • Seema Irani,
  • Венди Л. Маттхевс,
  • Ањана Рам,
  • Давид С. Гилмоур,
  • Јое Р. Цаннон,
  • Yan Jessie Zhang* , и
  • Јеннифер С. Бродбелт*

Фосфорилација Ц-терминалног домена РНК полимеразе ИИ (ЦТД) игра битну улогу у еукариотској транскрипцији регрутовањем транскрипционих регулаторних фактора у активну полимеразу. Međutim, nedostatak osnovnih ostataka i repetitivna priroda CTD sekvence nameću ogroman izazov za specifičnu karakterizaciju fosforilacije, ometajući naše razumevanje ovog ključnog biološkog procesa. Овде примењујемо ЛЦ-УВПД-МС методе за анализу пост-транслационих модификација дуж ЦТД нативне секвенце. Primena naše metode na Drosophila melanogaster CTD po prvi put otkriva obrazac fosforilacije ovog modelnog organizma. Divergentna priroda CTD muva omogućava nam da izvedemo pravila koja definišu kako bočni ostaci utiču na izbor fosforilacije pomoću CTD kinaza. Наши подаци подржавају употребу ЛЦ-УВПД-МС за дешифровање ЦТД кода и одређивање правила која програмирају његову функцију.

Sudemicin K: varijanta sintetičkog antitumorskog inhibitora spajanja sa poboljšanom aktivnošću i raznovrsnom hemijom
  • Kamil Makovski,
  • Luisa Vigevani,
  • Фернандо Алберицио,
  • Juan Valcárcel* , и
  • Мерцедес Алварез*

Postoje važne veze između procesa pre-mRNA spajanja i raka, što ilustruje česta mutacija faktora spajanja u tumorima i pojava različitih familija antitumorskih lekova koji ciljaju komponente mašine za spajanje, posebno SF3B1, proteinsku podjedinicu spliceosoma. У2 мале нуклеарне честице рибонуклеопротеина (снРНП). Судемицини су синтетичка једињења која садрже фармакофору заједничку за различите класе инхибитора спајања. Ovde opisujemo sintezu i funkcionalnu karakterizaciju novih analoga sudemicina koji funkcionalno ispituju ključne hemijske grupe unutar ovog farmakofora. Наши резултати потврђују важност коњуговане диене групе и додатно откривају значајну просторну флексибилност у овој области молекула. Судемицин К, дериват који замењује оксикарбонил фармакофора амидном групом, показује побољшану моћ као инхибитор пролиферације ћелија рака, као регулатор алтернативног спајања у култивисаним ћелијама и као инхибитор склопа сплицеосома ин витро. Судемицин К показује већу стабилност, вероватно повезану са заменом оксикарбонилне групе, која може бити супстрат естераза, амидном групом. Aktivnost i posebna reaktivnost sudemicina K mogu otvoriti put sintezi i evaluaciji niza novih derivata sudemicina.

Истовремено циљање НПЦ1 и ВДАЦ1 помоћу итраконазола доводи до синергијске инхибиције мТОР сигнализације и ангиогенезе
  • Sarah A. Head,
  • Wei Q. Shi,
  • Eun Ju Yang,
  • Бењамин А. Нацев,
  • Сам И. Хонг,
  • Kalyan K. Pasunooti,
  • Руо-Јинг Ли,
  • Јоонг Суп Схим и
  • Јун О. Лиу*

Недавно је откривено да антифунгални лек итраконазол показује снажно антиангиогено деловање и од тада је поново употребљен као испитивано средство против рака. Pokazalo se da itrakonazol ispoljava svoju antiangiogenu aktivnost kroz inhibiciju mTOR signalnog puta, ali molekularni mehanizam delovanja nije poznat. Nedavno smo identifikovali mitohondrijski protein VDAC1 kao metu itrakonazola i posrednika njegove aktivacije AMPK, uzvodnog regulatora mTOR-a. Међутим, ВДАЦ1 није могао објаснити претходно пријављену инхибицију промета холестерола од стране итраконазола, за коју је такође показано да доводи до инхибиције мТОР. У овој студији смо показали да је инхибиција трговине холестеролом итраконазолом последица директне инхибиције лизосомалног протеина НПЦ1. Даље мапирамо место везивања итраконазола за домен осетљивог на стерол НПЦ1 користећи мутагенезу, конкуренцију са У18666А и молекуларно пристајање. Konačno, pokazali smo da istovremena aktivacija AMPK i inhibicija trgovine holesterolom dovodi do sinergističke inhibicije mTOR, proliferacije endotelnih ćelija i angiogeneze.

Poremećaj mikobakterijske AftB rezultira potpunim gubitkom terminalnih β(1 → 2) arabinofuranoze ostataka lipoarabinomanana
  • Monika Jankute,
  • Луке Ј. Алдервицк,
  • Stefan Noak,
  • Натацха Веерапен,
  • Јероме Нигоу, и
  • Гурдиал С. Бесра*

Lipoarabinomanan (LAM) i arabinogalaktan (AG) su dva glavna (lipo)polisaharida mikobakterijskih ćelijskih zidova, koji sadrže strukturno sličan arabinanski domen koji je veoma razgranat i sastavljen na postepen način pomoću raznih arabinofuranoziltransferaza (ArafT). Осим што играју битну улогу у физиологији микобактерија, ЛАМ и његов биохемијски прекурсор липоманан поседују снажне имуномодулаторне активности које утичу на имунолошки одговор домаћина. U potrazi za dodatnim mikobakterijskim ArafT-ima koji učestvuju u sintezi arabinanskog segmenta LAM-a, poremetili smo aftB (MSMEG_6400) u Mycobacterium smegmatis. Brisanje hromozomskog aftB lokusa moglo bi se postići samo u prisustvu plazmida za spasavanje koji nosi funkcionalnu kopiju aftB, što snažno sugeriše da je to neophodno za održivost M. smegmatis. Изолација и детаљна структурна карактеризација молекула ЛАМ изведеног из условног мутанта дефицијентног у АфтБ открили су одсуство терминалних β (1 → 2) везаних арабинофуранозилних остатака. Штавише, показали смо да скраћени ЛАМ показује проинфламаторну активност, што је због његове способности да активира рецептор сличан путарини 2. Сви наши резултати заједно указују да је АфтБ есенцијални микобактеријски АрафТ који игра улогу у синтези арабинског домена ЛАМ.

Посматрање биосинтетске активности помоћу секвенцирања следеће генерације и теста повезаног ензимом повезаног са ДНК
  • Маркус де Раад,
  • Цирус Модави,
  • Давид Ј. Суковицх, и
  • Ј. Цхристопхер Андерсон*

Тренутно идентификација нових гена драстично надмашује садашње експерименталне методе за одређивање њихове ензимске функције. Ова разлика захтева развој високопропусних техника које раде са истом скалабилношћу као савремене технологије синтезе гена и секвенцирања. U ovom radu demonstriramo raznovrsnost nedavno objavljenog DNK-povezanog enzimskog testa (DLEnCA) i njegovu sposobnost da podrži prikupljanje podataka velike propusnosti kroz sekvenciranje sledeće generacije (NGS). Koristeći metiltransferaze, ističemo sposobnost DLEnCA da brzo profiliše specifičnost supstrata enzima, odredi relativnu kinetiku enzima, otkrije biosintetičko formiranje ciljnog molekula i njegov potencijal da ima koristi od skala i standardizacije koje pruža NGS. Ova poboljšana metodologija minimizira napore u sticanju biosintetičkog znanja tako što povezuje biohemijske tehnike sa sposobnostima koje se brzo razvijaju u sekvenciranju i sintezi DNK.

Снимање ендогене мРНА ћелија помоћу живих ћелија помоћу флуоресцентне „Турн-Он“ сонде засноване на РНА
  • Веи Кианг Онг,
  • И. Росе Цитрон,
  • Саиака Секине, и
  • Бо Хуанг*

Messenger RNA (mRNA) igra ključnu ulogu u ćelijskom rastu i razvoju. Međutim, na raspolaganju su bile ograničene metode za vizuelizaciju endogene mRNK u živim ćelijama sa lakoćom. Dizajnirali smo fluorescentne sonde zasnovane na RNK koje se „uključuju“ koje ciljaju mRNK spajanjem nestabilnog oblika spanaća sa ciljnim komplementarnim sekvencama. These probes have been demonstrated to be selective, stable, and capable of targeting various mRNAs for live E. coli imaging.

Catalytic Promiscuity of О.-GlcNAc Transferase Enables Unexpected Metabolic Engineering of Cytoplasmic Proteins with 2-Azido-2-deoxy-glucose
  • David L. Shen ,
  • Ta-Wei Liu ,
  • Wesley Zandberg ,
  • Tom Clark ,
  • Razieh Eskandari ,
  • Matthew G. Alteen ,
  • Hong Yee Tan ,
  • Yanping Zhu ,
  • Samy Cecioni , and
  • David Vocadlo*

O-GlcNAc transferase (OGT) catalyzes the installation of N-acetylglucosamine (GlcNAc) O-linked to nucleocytoplasmic proteins (O-GlcNAc) within multicellular eukaryotes. OGT shows surprising tolerance for structural changes in the sugar component of its nucleotide sugar donor substrate, uridine diphosphate N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc). Here, we find that OGT uses UDP-glucose to install O-linked glucose (O-Glc) onto proteins only 25-fold less efficiently than O-GlcNAc. Spurred by this observation, we show that OGT transfers 2-azido-2-deoxy-d-glucose (GlcAz) in vitro from UDP-GlcAz to proteins. Further, feeding cells with per-O-acetyl GlcAz (AcGlcAz), in combination with inhibition or inducible knockout of OGT, shows OGT-dependent modification of nuclear and cytoplasmic proteins with O-GlcAz as detected using microscopy, immunoblot, and proteomics. We find that O-GlcAz is reversible within cells, and an unidentified cellular enzyme exists to cleave O-Glc that can also process O-GlcAz. We anticipate that AcGlcAz will prove to be a useful tool to study the O-GlcNAc modification. We also speculate that, given the high concentration of UDP-Glc within certain mammalian tissues, O-Glc may exist within mammals and serve as a physiologically relevant modification.

A Chemical Biology Solution to Problems with Studying Biologically Important but Unstable 9-O-Acetyl Sialic Acids
  • Zahra Khedri ,
  • An Xiao ,
  • Hai Yu ,
  • Corinna Susanne Landig ,
  • Wanqing Li ,
  • Sandra Diaz ,
  • Brian R. Wasik ,
  • Colin R. Parrish ,
  • Lee-Ping Wang ,
  • Ajit Varki* , и
  • Xi Chen*

9-O-Acetylation is a common natural modification on sialic acids (Sias) that terminate many vertebrate glycan chains. This ester group has striking effects on many biological phenomena, including microbe-host interactions, complement action, regulation of immune responses, sialidase action, cellular apoptosis, and tumor immunology. Despite such findings, 9-O-acetyl sialoglycoconjugates have remained largely understudied, primarily because of marked lability of the 9-O-acetyl group to even small pH variations and/or the action of mammalian or microbial esterases. Our current studies involving 9-O-acetylated sialoglycans on glycan microarrays revealed that even the most careful precautions cannot ensure complete stability of the 9-O-acetyl group. We now demonstrate a simple chemical biology solution to many of these problems by substituting the oxygen atom in the ester with a nitrogen atom, resulting in sialic acids with a chemically and biologically stable 9-N-acetyl group. We present an efficient one-pot multienzyme method to synthesize a sialoglycan containing 9-acetamido-9-deoxy-N-acetylneuraminic acid (Neu5Ac9NAc) and compare it to the one with naturally occurring 9-O-acetyl-N-acetylneuraminic acid (Neu5,9Ac2). Conformational resemblance of the two molecules was confirmed by computational molecular dynamics simulations. Microarray studies showed that the Neu5Ac9NAc-sialoglycan is a ligand for viruses naturally recognizing Neu5,9Ac2, with a similar affinity but with much improved stability in handling and study. Feeding of Neu5Ac9NAc or Neu5,9Ac2 to mammalian cells resulted in comparable incorporation and surface expression as well as binding to 9-O-acetyl-Sia-specific viruses. However, cells fed with Neu5Ac9NAc remained resistant to viral esterases and showed a slower turnover. This simple approach opens numerous research opportunities that have heretofore proved intractable.

Elucidating the Origin of Long Residence Time Binding for Inhibitors of the Metalloprotease Thermolysin
  • Jonathan Cramer ,
  • Stefan G. Krimmer ,
  • Veronica Fridh ,
  • Tobias Wulsdorf ,
  • Robert Karlsson ,
  • Andreas Heine , and
  • Gerhard Klebe*

Kinetic parameters of protein–ligand interactions are progressively acknowledged as valuable information for rational drug discovery. However, a targeted optimization of binding kinetics is not easy to achieve, and further systematic studies are necessary to increase the understanding about molecular mechanisms involved. We determined association and dissociation rate constants for 17 inhibitors of the metalloprotease thermolysin by surface plasmon resonance spectroscopy and correlated kinetic data with high-resolution crystal structures in complex with the protein. From the structure–kinetics relationship, we conclude that the strength of interaction with Asn112 correlates with the rate-limiting step of dissociation. This residue is located at the beginning of a β-strand motif that lines the binding cleft and is commonly believed to align a substrate for catalysis. A reduced mobility of the Asn112 side chain owing to an enhanced engagement in charge-assisted hydrogen bonds prevents the conformational adjustment associated with ligand release and transformation of the enzyme to its open state. This hypothesis is supported by kinetic data of ZFPLA, a known pseudopeptidic inhibitor of thermolysin, which blocks the conformational transition of Asn112. Interference with this retrograde induced-fit mechanism results in variation of the residence time of thermolysin inhibitors by a factor of 74 000. The high conservation of this structural motif within the M4 and M13 metalloprotease families underpins the importance of this feature and has significant implications for drug discovery.

High-throughput Identification of DNA-Encoded IgG Ligands that Distinguish Active and Latent Мицобацтериум туберцулосис Infekcije
  • Kimberly R. Mendes ,
  • Marie Lynne Malone ,
  • John Maina Ndungu ,
  • Irena Suponitsky-Kroyter ,
  • Valerie J. Cavett ,
  • Patrick J. McEnaney ,
  • Andrew B. MacConnell ,
  • Todd. M. Doran ,
  • Katharina Ronacher ,
  • Kim Stanley ,
  • Ofelia Utset ,
  • Gerhard Walzl ,
  • Brian M. Paegel* , и
  • Thomas Kodadek*

The circulating antibody repertoire encodes a patient’s health status and pathogen exposure history, but identifying antibodies with diagnostic potential usually requires knowledge of the antigen(s). We previously circumvented this problem by screening libraries of bead-displayed small molecules against case and control serum samples to discover “epitope surrogates” (ligands of IgGs enriched in the case sample). Here, we describe an improved version of this technology that employs DNA-encoded libraries and high-throughput FACS-based screening to discover epitope surrogates that differentiate noninfectious/latent (LTB) patients from infectious/active TB (ATB) patients, which is imperative for proper treatment selection and antibiotic stewardship. Normal control/LTB (10 patients each, NCL) and ATB (10 patients) serum pools were screened against a library (5 × 106 beads, 448 000 unique compounds) using fluorescent antihuman IgG to label hit compound beads for FACS. Deep sequencing decoded all hit structures and each hit’s occurrence frequencies. ATB hits were pruned of NCL hits and prioritized for resynthesis based on occurrence and homology. Several structurally homologous families were identified and 16/21 resynthesized representative hits validated as selective ligands of ATB serum IgGs (p < 0.005). The native secreted TB protein Ag85B (though not the E. coli recombinant form) competed with one of the validated ligands for binding to antibodies, suggesting that it mimics a native Ag85B epitope. The use of DNA-encoded libraries and FACS-based screening in epitope surrogate discovery reveals thousands of potential hit structures. Distilling this list down to several consensus chemical structures yielded a diagnostic panel for ATB composed of thermally stable and economically produced small molecule ligands in place of protein antigens.

Transformation of the Non-Selective Aminocyclohexanol-Based Hsp90 Inhibitor into a Grp94-Seletive Scaffold
  • Sanket J. Mishra ,
  • Suman Ghosh ,
  • Andrew R. Stothert ,
  • Chad A. Dickey , and
  • Brian S. J. Blagg*

Glucose regulated protein 94 kDa, Grp94, is the endoplasmic reticulum (ER) localized isoform of heat shock protein 90 (Hsp90) that is responsible for the trafficking and maturation of toll-like receptors, immunoglobulins, and integrins. As a result, Grp94 has emerged as a therapeutic target to disrupt cellular communication, adhesion, and tumor proliferation, potentially with fewer side effects compared to pan-inhibitors of all Hsp90 isoforms. Although, the N-terminal ATP binding site is highly conserved among all four Hsp90 isoforms, recent cocrystal structures of Grp94 have revealed subtle differences between Grp94 and other Hsp90 isoforms that has been exploited for the development of Grp94-selective inhibitors. In the current study, a structure-based approach has been applied to a Grp94 nonselective compound, SNX 2112, which led to the development of 8j (ACO1), a Grp94-selective inhibitor that manifests ∼440 nM affinity and >200-fold selectivity against cytosolic Hsp90 isoforms.

LSD1 Substrate Binding and Gene Expression Are Affected by HDAC1-Mediated Deacetylation

Lysine Specific Demethylase 1 (LSD1) catalyzes the demethylation of histone 3 to regulate gene expression. With a fundamental role in gene regulation, LSD1 is involved in multiple cellular processes, including embryonic development, cell proliferation, and metastasis. Significantly, LSD1 is overexpressed in multiple cancers and has emerged as a potential anticancer drug target. LSD1 is typically found in association with another epigenetic enzyme, histone deacetylase (HDAC). HDAC and LSD1 inhibitor compounds have been tested as combination anticancer agents. However, the functional link between LSD1 and HDAC has yet to be understood in detail. Here, we used a substrate trapping strategy to identify cellular substrates of HDAC1. Using inactive HDAC1 mutants, we identified LSD1 as an HDAC1 substrate. HDAC1 mediated deacetylation of LSD1 at K374 in the substrate binding lobe, which affected the histone 3 binding and gene expression activity of LSD1. The mechanistic link between HDAC1 and LSD1 established here suggests that HDAC inhibitors influence LSD1 activity, which will ultimately guide drug design targeting epigenetic enzymes.

Lipidomics Characterization of Biosynthetic and Remodeling Pathways of Cardiolipins in Genetically and Nutritionally Manipulated Yeast Cells
  • Yulia Y. Tyurina* ,
  • Wenjia Lou ,
  • Feng Qu ,
  • Vladimir A Tyurin ,
  • Dariush Mohammadyani ,
  • Jenney Liu ,
  • Maik Hüttemann ,
  • Michael A. Frasso ,
  • Peter Wipf ,
  • Hülya Bayir* ,
  • Miriam. L. Greenberg* , и
  • Valerian E. Kagan*

Cardioipins (CLs) are unique tetra-acylated phospholipids of mitochondria and define the bioenergetics and regulatory functions of these organelles. An unresolved paradox is the high uniformity of CL molecular species (tetra-linoleoyl-CL) in the heart, liver, and skeletal muscles—in contrast to their high diversification in the brain. Here, we combined liquid chromatography–mass-spectrometry-based phospholipidomics with genetic and nutritional manipulations to explore CLs’ biosynthetic vs postsynthetic remodeling processes in S. cerevisiae yeast cells. By applying the differential phospholipidomics analysis, we evaluated the contribution of Cld1 (CL-specific phospholipase A) and Taz1 (acyl-transferase) as the major regulatory mechanisms of the remodeling process. We further established that nutritional “pressure” by high levels of free fatty acids triggered a massive synthesis of homoacylated molecular species in all classes of phospholipids, resulting in the preponderance of the respective homoacylated CLs. We found that changes in molecular speciation of CLs induced by exogenous C18-fatty acids (C18:1 and C18:2) in wild-type (wt) cells did not occur in any of the remodeling mutant cells, including cld1Δ, taz1Δ, and cld1Δtaz1Δ. Interestingly, molecular speciation of CLs in wt and double mutant cells cld1Δtaz1Δ was markedly different. Given that the bioenergetics functions are preserved in the double mutant, this suggests that the accumulated MLCL—rather than the changed CL speciation—are the likely major contributors to the mitochondrial dysfunction in taz1Δ mutant cells (also characteristic of Barth syndrome). Biochemical studies of Cld1 specificity and computer modeling confirmed the hydrolytic selectivity of the enzyme toward C16-CL substrates and the preservation of C18:1-containing CL species.

Internal Structure and Preferential Protein Binding of Colloidal Aggregates
  • Da Duan ,
  • Hayarpi Torosyan ,
  • Daniel Elnatan ,
  • Christopher K. McLaughlin ,
  • Jennifer Logie ,
  • Molly S. Shoichet ,
  • David A. Agard* , и
  • Brian K. Shoichet*

Colloidal aggregates of small molecules are the most common artifact in early drug discovery, sequestering and inhibiting target proteins without specificity. Understanding their structure and mechanism has been crucial to developing tools to control for, and occasionally even exploit, these particles. Unfortunately, their polydispersity and transient stability have prevented exploration of certain elementary properties, such as how they pack. Dye-stabilized colloidal aggregates exhibit enhanced homogeneity and stability when compared to conventional colloidal aggregates, enabling investigation of some of these properties. By small-angle X-ray scattering and multiangle light scattering, pair distance distribution functions suggest that the dye-stabilized colloids are filled, not hollow, spheres. Stability of the coformulated colloids enabled investigation of their preference for binding DNA, peptides, or folded proteins, and their ability to purify one from the other. The coformulated colloids showed little ability to bind DNA. Correspondingly, the colloids preferentially sequestered protein from even a 1600-fold excess of peptides that are themselves the result of a digest of the same protein. This may reflect the avidity advantage that a protein has in a surface-to-surface interaction with the colloids. For the first time, colloids could be shown to have preferences of up to 90-fold for particular proteins over others. Loaded onto the colloids, bound enzyme could be spun down, resuspended, and released back into buffer, regaining most of its activity. Implications of these observations for colloid mechanisms and utility will be considered.

Engineering Cyclohexanone Monooxygenase for the Production of Methyl Propanoate

A previous study showed that cyclohexanone monooxygenase from Acinetobacter calcoaceticus (AcCHMO) catalyzes the Baeyer–Villiger oxidation of 2-butanone, yielding ethyl acetate and methyl propanoate as products. Methyl propanoate is of industrial interest as a precursor of acrylic plastic. Here, various residues near the substrate and NADP+ binding sites in AcCHMO were subjected to saturation mutagenesis to enhance both the activity on 2-butanone and the regioselectivity toward methyl propanoate. The resulting libraries were screened using whole cell biotransformations, and headspace gas chromatography–mass spectrometry was used to identify improved AcCHMO variants. This revealed that the I491A AcCHMO mutant exhibits a significant improvement over the wild type enzyme in the desired regioselectivity using 2-butanone as a substrate (40% vs 26% methyl propanoate, respectively). Another interesting mutant is the T56S AcCHMO mutant, which exhibits a higher conversion yield (92%) and kcat (0.5 s–1) than wild type AcCHMO (52% and 0.3 s–1, respectively). Interestingly, the uncoupling rate for the T56S AcCHMO mutant is also significantly lower than that for the wild type enzyme. The T56S/I491A double mutant combined the beneficial effects of both mutations leading to higher conversion and improved regioselectivity. This study shows that even for a relatively small aliphatic substrate (2-butanone), catalytic efficiency and regioselectivity can be tuned by structure-inspired enzyme engineering.

SIRT7 Is an RNA-Activated Protein Lysine Deacylase
  • Zhen Tong ,
  • Miao Wang ,
  • Yi Wang ,
  • David D. Kim ,
  • Jennifer K. Grenier ,
  • Ji Cao ,
  • Sushabhan Sadhukhan ,
  • Quan Hao , and
  • Hening Lin*

Mammalian SIRT7 is a member of the sirtuin family that regulates multiple biological processes including genome stability, metabolic pathways, stress responses, and tumorigenesis. SIRT7 has been shown to be important for ribosome biogenesis and transcriptional regulation. SIRT7 knockout mice exhibit complications associated with fatty liver and increased aging in hematopoietic stem cells. However, the molecular basis for its biological function remains unclear, in part due to the lack of efficient enzymatic activity in vitro. Previously, we have demonstrated that double-stranded DNA could activate SIRT7’s deacetylase activity in vitro, allowing it to deacetylate H3K18 in the context of chromatin. Here, we show that RNA can increase the catalytic efficiency of SIRT7 even better and that SIRT7 can remove long chain fatty acyl groups more efficiently than removing acetyl groups. Truncation and mutagenesis studies revealed residues at both the amino and carboxyl termini of SIRT7 that are involved in RNA-binding and important for activity. RNA immunoprecipitation-sequencing (RIP-seq) identified ribosomal RNA (rRNA) as the predominant RNA binding partner of SIRT7. The associated RNA was able to effectively activate the deacetylase and defatty-acylase activities of SIRT7. Knockdown of SIRT7 increased the lysine fatty acylation of several nuclear proteins based on metabolic labeling with an alkyne-tagged fatty acid analog, supporting that the defatty-acylase activity of SIRT7 is physiologically relevant. These findings provide important insights into the biological functions of SIRT7, as well as an improved platform to develop SIRT7 modulators.


Повезани услови биологије

  • Polymer – A linked group of monomers. If particularly large, these groups repeat in series.
  • Мономер – The simplest unit of a polymer.
  • Prepolymer – A molecular unit reduced to the degree that it can be manipulated before polymerization.

1. Macromolecules are called polymers because …
А. … they are made of many components.
Б. … they practice polyamory.
Ц. … they attach to polyurethane.
Д. … they are made of many vitamins.

2. DNA is considered a macromolecule because it is made of many _________, called _________.
А. Misnomers, high tides
Б. Monomers, nucleotides
Ц. Monomers, nuclei
Д. Polymers, nucleotides

3. How is a prepolymer different from a monomer?
А. Prepolymers and monomers are the same.
Б. Prepolymers contain more genetic information than monomers when inserted into the cell.
Ц. Prepolymers are more complex than a monomer, but less solidly-constructed than a true polymer.
Д. Prepolymers are less complex than a monomer and can dramatically change the chemical nature of a polymer.


Structures, biological activities, and industrial applications of the polysaccharides from Hericium erinaceus (Lion's Mane) mushroom: A review

Hericium erinaceus (Bull.) Pers., also known as Yamabushitake, Houtou and Lion's Mane, is capable of fortifying the spleen and nourishing the stomach, tranquilizing the mind, and fighting cancer. Over the past decade, it has been demonstrated that H. erinaceus polysaccharides possess various promising bioactivities, including antitumor and immunomodulation, anti-gastric ulcer, neuroprotection and neuroregeneration, anti-oxidation and hepatoprotection, anti-hyperlipidemia, anti-hyperglycemia, anti-fatigue and anti-aging. The purpose of the present review is to provide systematically reorganized information on extraction and purification, structure characteristics, biological activities, and industrial applications of H. erinaceus polysaccharides to support their therapeutic potentials and sanitarian functions.

Кључне речи: Hericium erinaceus Industrial applications Polysaccharides.


The Structure, Function and Related Diseases of Mitochondria

The structure of mitochondria is very different from other subcellular organelles in the cell. The basic structure of mitochondria can be divided into four functional areas: 1) outer mitochondrial membrane (OMM), 2) mitochondrial membrane space (IMS), 3) inner mitochondrial membrane (IMM), and 4) mitochondrial matrix (MM) (Mannella, 2000). The OMM has a smooth surface morphology and functions as the cell organelle boundary membrane. The specific receptors on the OMM are termed mitochondrial outer membrane complex which selectively recognize and uptake certain substances into the mitochondria. The IMM folds inward to form mitochondrial cristae which results in larger surface area, therefore it is able to carry more biochemical reactions per time unit (Figure 1A). These two membranes define the borders of the extramitochondrial region, inter-membrane space and matrix (Osellame et al., 2012). In addition, the morphology and position of mitochondria in the cell are very important and are strictly regulated by the processes of mitosis, biogenesis and autophagy to ensure the relative stability of the mitochondrial population.

FIGURE 1. (A) Mitochondrial structure, which can be divided by four functional areas: 1) outer mitochondrial membrane (OMM), 2) mitochondrial membrane space (IMS), 3) inner mitochondrial membrane (IMM), and 4) mitochondrial matrix (MM). Mitochondria also possess their own gene information (mtDNA). Image reproduced with permission, from Ref. Samanta et al. (2019). (Б) Common mitochondrial diseases. 1B was created with BioRender.com.

Upon mitochondrial damage, events such as the changes of morphology, membrane potential and permeability to Ca 2+ , reduction of membrane phosphate esters, and oxidative phosphorylation coupling, affect the normal function of the entire cell and lead to the occurrence of diseases. For example, mitochondrial myopathy, cerebral myopathy, Leber's hereditary optic neuropathy etc. are caused by pathological changes after mitochondrial damage (Claudia et al., 2019 Fogle et al., 2019 Winkler et al., 2019).

In addition, a damaged mitochondrial structure and mitochondrial metabolic abnormalities also play important roles in the occurrence and development of many diseases (Viscomi and Zeviani, 2020), (Figure 1B). For example, as a common neurodegenerative disorder, the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD) has been strongly linked with mitochondrial dysfunction (Chen et al., 2020). Studies proved that mitochondrial respiratory defects may result in chronic ROS production that leads to the death of dopaminergic neurons. Moreover, disruption of mitochondrial kinetics due to toxic damage or other conditions may also lead to neurodegeneration. In some cases, mitochondrial dysfunction caused by gene mutation is the fundamental cause for the pathogenesis and inheritance of PD (Dauer and Przedborski, 2003 Thomas and Beal, 2007 Bose and Beal, 2016). Therefore, diseases where the progression can be correlated with or compensated for mitochondrial function are collectively referred as mitochondrial diseases. At present, in addition to neurodegenerative disorders (Baldassarro et al., 2019), there are numerous diseases related to abnormal mitochondrial structure and function, including mental diseases (Ashwini et al., 2015), tumor (Schubert et al., 2020), aging (Bornstein et al., 2020), cardiovascular disease (Veloso et al., 2019), diabetes (Szendroedi et al., 2012), etc. Therapeutics which target mitochondria also result in positive responses in some cases (Jeena et al., 2019). Although these diseases appear in different tissue sites and show different symptoms, mitochondrial dysfunction is the common feature, mainly manifested as insufficient production capacity due to impaired oxidative phosphorylation, increased ROS, and abnormal apoptosis signals (Lesnefsky and Hoppel, 2006).

In recent years, research on rectifying the structure and function of mitochondria has been carried out rapidly. For example, fixing mitochondrial DNA mutations through genome editing technology was reported to have a certain curative effect on angiocardiopathy (Gammage et al., 2018). In addition, diagnostic and therapeutic agents targeting mitochondria, such as a substance called Gboxin, an inhibitor of oxidative phosphorylation, can produce specific inhibition of diabetes or glioma (Shi et al., 2019). Although great efforts have been put into the treatment of mitochondria-related diseases (Slone and Huang, 2020), in most cases, the structure and function of mitochondria have been irreversibly damaged which result in limited therapeutic effects. Alternatively, a newly emerged approach, mitochondrial replacement therapy (MRT), which supplements the cells with healthy mitochondria is a promising approach to fundamentally treat mitochondria-related diseases (Schumacker et al., 2014) (Mccully et al., 2016). In addition, combination therapies such as phototherapy and small molecule anticancer drugs have been developed as alternatives to synergistic treatment (Xie et al., 2020).


Апстрактан

New polylactide (PLA)/layered silicate nanocomposites have been prepared successfully by simple melt extrusion of PLA and organically modified montmorillonite. Тхе d spacings of both the organically modified montmorillonite and intercalated nanocomposites were investigated by wide-angle X-ray diffraction (WAXD) analysis, and the morphology of these nanocomposites was examined by transmission electron microscopy (TEM). Using oligo(ε-caprolactone) (o-PCL) as a compatibilizer, the effect of compatibilizer in nanocomposites was investigated by focusing on two major aspects: morphological analysis and mechanical property measurements. The intercalated nanocomposites exhibited remarkable improvement of materials properties in both solid and melt states as compared to that of PLA matrices without clay.

Toyota Technological Institute.

Corresponding author: tel +81-52-809-1861 fax +81-52-809-1864 e-mail [email protected]