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Braunschweig, Techn. Universiẗat, Diss., 2000.

Human mitochondrial ATP synthase is an enzyme containing 18 unlike subunits located in the inner mitochondrial membrane (IMM), where the catalytic F1 domain extends into the mitochondrial matrix and the FO domain, which contains the c8-ring rotor, the a-subunit and the supernumerary subunits, is anchored in the IMM. All the subunits, apart from the a- and A6L-subunits, are encoded in the nucleus and require transport into the mitochondria before being assembled. The a- and A6L-subunits are encoded on the mitochondrial genome. The respiratory complexes generate the proton motive force (PMF), which ATP synthase uses to generate ATP from ADP and Pi. Rotation of the α- and β-subunits with the central stalk γ-, δ- and ε-subunits is prevented by coupling the F1 domain to the FO domain via the peripheral stalk (the OSCP-, F6-, d- and b-subunits). ATP hydrolysis is prevented by the natural inhibitor of the enzyme, IF1, binding to the F1 domain. In addition to the aand, b-subunits, the FO domain contains the c8-ring and six supernumerary subunits not involved in the catalytic activity of ATP synthase. The roles of five of these subunits in the assembly of ATP synthase, the e-, f-, g-, DAPIT- and 6.8 kDa proteolipid-subunits, were investigated by suppressing or disrupting their expression individually. The e-subunit is the first of the supernumerary subunits to assemble, then the g-subunit followed by the f-, 6.8 kDa proteolipid- and DAPIT-subunits. All five supernumerary subunits investigated were required to facilitate the dimerisation and oligomerisation of ATP synthase. The e-, f- and g-subunits were found to be important for maintaining mitochondrial respiratory capacity.

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Les nucléotides, et tout particulièrement l’ATP, sont capables de moduler la fonction de l’un des principaux acteurs de la réponse immunitaire à savoir les cellules dendritiques (DC). Les DC expriment à leur surface de nombreux récepteurs P2X et P2Y dont le P2Y11, couplé à la voie de l’AMP cyclique (AMPc) et impliqué dans l’immunomodulation. L’ATP est capable, par son action sur le P2Y11, d’induire une semi-maturation des DC caractérisée entre autre par une diminution de la sécrétion d’IL-12 et une augmentation de la sécrétion d’IL-10. De plus, des données antérieures obtenues au laboratoire montrent que l’ATP confère également des propriétés immunosuppressives aux DC en stimulant l’expression de la thrombospondine-1 (TSP-1) et de l’indoléamine-2,3-dioxygénase (IDO). Dans ce contexte, notre projet visait à établir un profil d’expression génique en réponse à l’ATP dans des DC humaines issues de monocytes (MoDC) afin d’avoir une vue globale de l’action de l’ATP sur les DC. Dans un premier temps, nous avons donc réalisé une étude cinétique comparant les profils d’expression génique en réponse à l’ATPγS, un agoniste plus stable que l’ATP, et à la prostaglandine E2 (PGE2), un activateur de l’AMPc induisant une semi-maturation des DC, par la technique de microarray. L’analyse de ces profils a mis en évidence une action précoce et large de l’ATPγS sur les MoDC. Un grand nombre de régulations obtenues ont confirmé les effets déjà connus de l’ATP sur les DC. Par ailleurs, nous avons confirmé par différentes techniques plusieurs nouvelles cibles de l’ATP impliquées dans l’inflammation et la réponse immunitaire (ex. CSF-1, NRP-1, VEGF). En analysant plus en détail ces profils, nous avons observés la régulation de plusieurs gènes dont VEGF, AREG, EREG et HB-EGF, intervenant dans les processus d’angiogenèse et de tumorigenèse. Parmi ceux-ci, le gène AREG codant pour l’amphiréguline, un ligand de l’EGF récepteur (EGFR) était le gène le plus régulé dans notre profil microarray. Pour la première fois, nous avons démontré que les DC traitées à l’ATPγS en présence de LPS constituaient une importante source d’amphiréguline capable de stimuler la croissance de cellules musculaires lisses et de cellules tumorales LLC (Lewis Lung Carcinoma) in vitro. Parallèlement, nous avons étudié l’implication des cellules dendritiques traitées à l’ATPγS sur la croissance tumorale in vivo. Pour ce faire, nous avons coinjecté, à des souris C57 black/6, des cellules tumorales LLC avec des surnageants issus de BMDC traitées au LPS ou au LPS+ATPγS. De cette façon, nous avons mis en évidence que des surnageants issus de BMDC traitées au LPS+ATPγS induisaient une augmentation significative de la masse tumorale par rapport aux surnageants issus de BMDC traités au LPS seul. Au moyen d’un anticorps bloquant anti-amphiréguline, nous avons démontré que cette augmentation de la masse tumorale était due à l’importante sécrétion d’amphiréguline par les BMDC traitées au LPS+ATPγS. De plus, nous avons observé une augmentation du nombre de vaisseaux positifs pour l’α-SMA, un des marqueurs des cellules musculaires lisses, dans les tumeurs issues de la coinjection de cellules LLC avec des surnageants de BMDC traitées au LPS+ATPγS. Pour finir, nous avons montré que les DC au sein des tumeurs LLC expriment non seulement le récepteur EGFR mais également l’amphiréguline. Ces différents résultats observés mettent en avant l’importance de l’ATP extracellulaire dans la croissance tumorale par son action sur les DC.

The enzyme adenosine triphosphate phosphoribosyltransferase (ATP-PRT) catalyses the first reaction of the histidine biosynthetic pathway. ATP-PRT also represents a metabolic control point, directing the flux of metabolites through this energetically expensive pathway. Two distinctly different forms of ATP-PRT exist, the long form and the short form, which differ in the presence of a C-terminal regulatory domain. In the short form, where this domain is absent, it is functionally replaced by a regulatory protein, called HisZ. ATP-PRT activity is modulated by two layers of regulation: active site inhibition by adenosine monophosphate, which reflects cellular energy levels, and pathway end product feedback inhibition by histidine. In the long form ATP-PRT histidine binds to the allosteric site at the regulatory domain, but the exact nature of the inhibitory mechanism is still debated. This thesis characterises a new member of the ATP-PRT long form from Campylobacter jejuni (CjeATP-PRT) and investigates the molecular mechanisms involved in the feed back inhibition by histidine. Chapter 2 describes the characterisation of the CjeATP-PRT including a detailed description of its crystal structure. The C. jejuni enzyme is similar to the previously described enzymes of the ATP-PRT long form, but exists only as hexameric species under experimental conditions, which contradicts previous assumptions that the hexamer is exclusively inactive. Chapter 3 investigates the catalytic apparatus of CjeATP-PRT by separating the catalytic and regulatory domains of the enzyme for individual study. The isolated catalytic portion of the enzyme, the CjeATP-PRT Core mutant, forms a dimeric species with very limited catalytic capabilities but high substrate and product affnities. The CjeATP-PRT Core characteristics suggest that it exists in a permanently inhibited conformation, highlighting the requirement of the regulatory domain not only for feedback regulation but also for enzyme function. Additionally this supports the evolutionary need for the recruitment of a regulatory apparatus. In chapter 4 a potential intramolecular communication pathway from the allosteric to the active site is probed by the generation of several single site mutations. One of these, CjeATP-PRT R216A, is completely insensitive to histidine inhibition, although this ligand is still able to bind at the allosteric site, which is consistent with the involvement of R216 in the allosteric signal communication. The catalytic abilities of CjeATP-PRT R216A are largely impaired, leading to the assumption that this mutation causes a permanent inhibitory response. In summary this thesis supports the existence of a simple physical regulatorymechanism for the feedback inhibition of the ATP-PRT long form, the change between two different hexamer conformations depending on the presence of the allosteric effector.

Tübingen, Univ., Diss., 2005.

Zugl.: Heidelberg, Univ., Diss., 2006 / Hergestellt on demand