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[ES] El contexto de esta Tesis se enmarca en los sistemas de dos componentes (TCS) para comprender el mecanismo de transducción de la señal. Se analizó la especificidad en el reconocimiento de los TCS abarcando estudios a nivel funcional, estructural y evolutivo. Primero se utilizó el sistema HK853-RR468, que al estar previamente caracterizado nos permitió analizar específicamente las regiones de reconocimiento (HK-RR) correspondientes a los Lß3α3 y Lß4α4 de RR468 mutando residuos que determinaran la influencia en la transferencia del grupo fosfato. Los mutantes se caracterizaron de manera bioquímica y se hicieron aproximaciones estructurales pudiendo asignar la reacción de fosfotransferencia a una estructura formada por un complejo entre HK853 y RR468 mutante. Esta estructura nos permitió observar el carácter disociativo de dicha reacción que ha sido descrito previamente y la nula participación del dominio CA. Al mismo tiempo, se analizó la influencia del pH en los residuos catalíticos de la HK y el RR (His y Asp), utilizando un rango de pH de 5 a 8. Los ensayos bioquímicos generados en este rango nos mostraron como la His catalítica perdía su carácter nucleofílico cuando el pH se acercaba y disminuía de 6. Esto se relaciona con el pKa del anillo de imidazol presente en el residuo de His, que se se encuentra en torno a 6 y la pérdida de protonación. También se cristalizó el complejo HK-RR a diferentes pHs donde observamos que la His adquiría un rotámero gauche- que se asignaba a un estado inactivo o de reposo. Por otra parte, se analizó la influencia de la mutación G63V en el RR OmpR, que fue descrita como una mutación relacionada con la resistencia al antibiótico ertapenem. Para esto se generaron mutantes en OmpR en la posición G63, tanto en el dominio REC aislado como en la proteína completa. Los estudios bioquímicos de estas mutaciones demostraron como la mutación en esta posición disminuía la capacidad del RR para fosforilarse e incluso a dimerizar. Esto afectaba a la afinidad de este RR para interaccionar con su ADN correspondiente, las cajas ompF y ompC. Estos efectos se lograron evidenciar con la estructura de OmpRRECG63V, donde se observó como la mutación generaba un cambio conformacional al reducir el tamaño del Lßα3 y generaba un bolsillo hidrofóbico donde quedaba atrapada la cadena lateral de la Val. Finalmente se analizó el aspecto evolutivo de la señalización, para lo que se buscaron organismos endosimbiontes que presentaran una HK y uno o varios RRs. Estas características nos sugerían que la menor presión selectiva nos iba a permitir encontrar organismos con TCSs menos evolucionados cuya especificidad se haya visto reducida. Se analizaron los sistemas de Chlamydia trachomatis, Chlamydia psittaci, Simkania negevensis y Methanobrevibacter sp. Abm4. Solo pudo evidenciarse reacción de fosfotransferencia en el sistema perteneciente a Methanobrevibacter, el cual presenta una HK y 4 RRs. Sin embargo, esta fosfotransferencia presentaba una eficiencia diferenciada, siendo más rápida en RRMet572 y RRMet589-1 mientras que era nula en RRMet589-2. Por su parte las HKs de C. trachomatis y S. negevensis, fueron capaces de fosfotransferir, de manera no selectiva, a RR468, probablemente debido a la alta similitud que presenta la hélice α1 de las HKs con HK853. La aproximación estructural de estos sistemas permitió obtener las estructuras de los RRsMet589-1 y RRMet572, ambos en estado no fosforilado. Las dos estructuras presentaron grandes diferencias conformacionales a partir del Lßα4. Esto sugiere que sus mecanismos de reconocimiento con HKMet y de regulación son diferentes lo que apoya la selectividad diferenciada entre los RRs de este sistema. / [CA] Esta Tesi s'emmarca en l'estudi dels sistemes de dos components (TCS) amb la finalitat d'entendre el seu mecanisme de transducció de senyal basat en l'especificitat de reconeixement a nivell funcional, estructural i evolutiu. Utilitzant el TCS HK853-RR468, analitzarem les regions Lß3α3 y Lß4α4 del regulador de la resposta (RR) RR468, que prèviament s'havien mostrat importants en el reconeixement, generant mutants i determinant la influència en la transferència del grup fosforil. Els mutants foren caracteritzats bioquímicament, observant que afectaven a una reacció específica i permetent-nos captar la reacció de fosfotransferència en una estructura formada per un complex entre HK853 i RR468 mutant. Aquesta estructura va mostrar el caràcter dissociatiu d'aquesta reacció i la nul·la participació del domini CA de la HK. Al mateix tems, s'analitzà l'efecte del pH sobre la transducció del senyal utilitzant els TCS K853-RR468 i EnvZ-OmpR. Els assajos bioquímics generats dins del rang de pH entre 5 i 8 ens mostraren com la His de la HK catalítica perdia el seu caràcter nucleofílic quan el pH s'aproximava i disminuïa de 6, valor del pKa de l'anell d'imidazole de la cadena lateral del residu d'His, indicant que aquesta disminució en l'activitat es correlacionava amb el canvi en la protonació de l'anell. Un exhaustiu estudi estructural del complex HK853-RR468 a diferents pHs mostrà que la His catalítica sempre adquiria un rotàmer gauche- independentment del valor del pH, invalidant el model que proposava que el pH regulava l'activitat de les HKs de la família HisKA induint un canvi en el rotàmer de la His catalítica. D'altra banda, s'analitzà la influència de la mutació G63V en el RR OmpR, que fou descrita com una mutació relacionada amb la resistència a l'antibiòtic ertapenem. Amb aquesta finalitat, es generaren mutants a OmpR a la posició G63 tant al domini REC aïllat com a la proteïna completa. Els estudis bioquímics demostraren com la mutació en aquesta posició disminuïa la capacitat de OmpR per fosforilar-se i per dimeritzar, afectant a la capacitat d'interaccionar amb les seqüències d'ADN palindròmiques diana, corresponents a les caixes ompF i ompC. Aquests efectes es visualitzaren a nivell molecular al resoldre l'estructura del mutant G63V d'OmpRREC, on s'observava com la mutació induïa un canvi conformacional al reduir la mida del Lßα3 generant una butxaca hidrofòbica degut a la presència de la nova Val en posició 63. Aquests canvis es transmeten a la resta de l'estructura d'OmpR produint canvis en Lßα4 i α4 que impedeixen la formació d'una superfície de dimerització competent i impedint la seua interacció amb l'ADN. Finalment, s'analitzà l'aspecte evolutiu de l'especificitat HK-RR. Buscaren organismes endosimbionts que presentaren TCS aïllats consistent en una HK i un o diversos RRs, suggerint que la menor pressió selectiva permetria trobar TCS menys evolucionats, on l'especificitat s'haguera vist reduïda. S'analitzaren HKs i RRs presents en Chlamydia trachomatis, Chlamydia psittaci, Simkania negevensis i Methanobrevibacter sp. Abm4. La reacció de fosfotransferència es va detectar en Methanobrevibacter, que presenta una sola HK i 4 RRs. Aquesta HK mostrà eficiència diferenciada per a la reacció de fosfotransferència, presentant major velocitat per als RRs RRMet572, RRMet589-1 i nul·la per a RRMet589-2. Per la seua banda, les HKs de C. trachomatis i S. negevensis, foren capaces de transferir, de manera no selectiva, a RR468 de Thermotoga maritima, probablement degut a l'alta similitud que presenta l'hèlix α1 de les HKs amb HK853. L'aproximació estructural d'aquests sistemes ens va permetre resoldre les estructures dels RRsMet589-1 i RRMet572 en estat no fosforilat. Les dues estructures presentaren grans diferències conformacionals a partir del Lßα4, els que ens suggereix que els seus mecanismes de reconeixement amb HKMet i de regulació són diferents, cosa que suporta la selectivitat diferenciada entre els RRs d’aquest sistema. / [EN] The context of the Thesis is framed in the two component systems (TCS) to understand the signal transduction mechanism. The specificity in the recognition of TCS was analyzed covering studies at the functional, structural, and evolutionary level. First, the previously characterized HK853-RR468 was used, this allowed us to analyze specific recognition regions corresponding to Lß3α3 and Lß4α4 of RR468 and induce mutations in these regions and understand the recognition between HK and RR and determine the phosphate group transfer's influence. The mutants were characterized biochemically, and structural approximations were prepared, thus assigning the phosphotransfer reaction in a formed structure by an HK8536 and a mutant RR468 complex. This structure allowed us to observe the dissociative character of this reaction that has been previously described and the null participation of the CA domain. Simultaneously, the influence of pH on the catalytic residues of HK and RR (His and Asp) was analyzed, using a pH range of 5 to 8. The biochemical assays generated in this range showed how HK's catalytic His lost the nucleophilic characteristic when pH reached six or below. This is related to the pKa of the imidazole ring present in the His residue that if found around 6 and the loss of protonation. The HK853-RR468 complex was also crystallized at different pHs where we observed that His acquired a gauche- rotamer that was assigned an inactive or resting state. In addition, the influence of mutation G63V in the RR OmpR was analyzed. This mutation was associated with resistance to the antibiotic ertapenem in E. coli. For this, mutants in OmpR were generated in position G63 in both the isolated REC domain and in the whole protein. Biochemical studies of this mutations showed how the mutation in this position reduced the capacity of RR to phosphorylate and even to form a dimer. This affected the affinity of the RR to interact with it's corresponding DNA, the boxes ompF and ompR. These effects were shown with the structure of the REC domain of the OmpR protein mutant G63V. This mutation generated a conformational change by reducing the Lßα3 and generating a hydrophobic pocket that trapped Val's lateral chain. Finally, the evolutive aspect of signaling was analyzed. For this, endosymbiotic organisms that had one HK or many RRs were identified. These characteristics suggested that lower selective pressure would allow us to find organisms with TCSs that showed lower KH-RR specificity. The systems of Chlamydia trachomatis, Chlamydia psittaci, Simkania negevensis, and Methanobrevibacter sp. Abm4 were analyzed. The phosphotransference reaction was only evident in the the Methanobrevigbacter system. This system presents only one KH and four RRs. This HK shows differentiated efficiency in the phosphotranference. It has a higher speed in RRMet572, RRMet589-1 and it is null in RRMet589-2. On the other hand, the HKs of C. trachomatis y S. negevensis were able to transfer in a nonselective manner the RR468 of T. maritima. This is due to the similarity between the α1 helix of the HKs with HK853. The structural approach of there systems allowed us to obtain the structure of RRMet589-1 y RRMet572, both in a non-phosphorylated state. The two structures presented large conformational differences from Lßα4. This suggests that the recognition mechanisms with KHMet and regulation are different. This supports differentiated selectivity between the RRs in this system. / Mideros Mora, C. (2021). Bases moleculares de la especificidad en el mecanismo de transducción de señal en los sistemas de dos componentes bacterianos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/161920

Die Arbeit behandelt die Ergebnisse von Experimenten über die Wirkung des Dipeptides Carnosin (β Alanyl L Histidin) und der Aminosäuren L Histidin und β-Alanin auf Kulturen der humanen Zellreihen U87, T98G und LN405, welche von Zellen des malignen Hirntumors Glioblastoma multiforme abgeleitet sind. Die Vitalität der Zellen nach Inkubation mit Carnosin oder L Histidin wurde anhand der Adenosintriphosphatproduktion und der Dehydrohenaseaktivität für Inkubationszeiträume von 24, 48 und 72 Stunden bestimmt. Dabei zeigte sich eine signifikant niedrigere Vitalität der mit Carnosin oder L Histidin inkubierten Zellen gegenüber der unbehandelten Kontrolle. Dieser Effekt war bei L Histidin stärker ausgeprägt. Bei Messungen der Lakatdehydrogenaseaktivität im Medium der Zellen, welche als Indikator für Zellnekrosen diente, zeigten nur die mit L Histidin inkubierte Zellen Zeichen von Nekrose. Die gleichen Messungen wurden auch an humanen embryonalen Nierenzellen durchgeführt (HEK 293), wobei sich ein ähnliches Ergebnis feststellen ließ. In den drei Zellreihen wurde zudem mittels qRT-PCR die mRNA-Expression für die beiden Enzyme Carnosinase 1 und Carnosinase 2 bestimmt, welche L Histidin von Carnosin abspalten. Im Vergleich mit Proben aus normalem Hirngewebe war die Expression beider Enzyme in den Glioblastomzellen deutlich geringer, wenngleich nachweisbar. Nachdem vorhergehende Studien [8] einen Anstieg der Expression von mRNA der Pyruvatdehydrogenasekinase 4 (PDK4) in mit Carnosin inkubierten Glioblastomzellen gezeigt hatten, wurde dieser Effekt hier auch mittels qRT-PCR in mit L Histidin inkubierten Zellen nachgewiesen. Eine Wirkung von Carnosin oder L Histidin auf ein Reportergen des PDK4-Promoters wurde ebenfalls untersucht, wobei sich kein signifikanter Effekt nachweisen ließ.

La métalloprotéine PerR (Peroxyde resistance Regulator), homodimère de 2 fois 16,5 kDa, est un facteur de la transcription. PerR est le senseur du peroxyde d'hydrogène chez plusieurs microorganismes. PerR de Bacillus subtilis a été isolée sous sa forme apo avec la présence d'un ion Zn2+ par monomère. Dans des conditions de culture non contrôlées, PerR est en partie oxydée de manière aléatoire. La spectrométrie de masse et la spectroscopie RPE nous ont permis de relier la capacité de fixation du métal régulateur (Fe2+ ou Mn2+) et l'oxydation de PerR. Notre travail a permis de mettre au point un protocole d'expression conduisant de manière reproductible à une forme totalement réduite. Ceci a permis la détermination précise de l'affinité de la protéine pour le métal régulateur et l'ADN. La forme apo-PerR-Zn a été cristallisée et cette structure révèle un site structural à zinc avec une coordination tétraédrique par les quatre cystéines de la protéine (motif Zn(Cys)4). Ce site verrouille le domaine de dimérisation, favorisant ainsi la stabilité du dimère. Le rôle structural de ce site a été confirmé par des expériences biochimiques qui mettent en évidence une réactivité faible vis-à-vis d'H2O2. Des études en spectroscopie de fluorescence ont montré des changements conformationnels de PerR en solution après métallation et fixation à l'ADN. La formation du complexe ADN-PerR a été étudiée de manière détaillée et a permis de mettre en évidence deux nucléotides et trois acides aminés essentiels dans cette interaction. Enfin, nos travaux sur la forme oxydée de PerR ont mis en évidence que le résidu 2-oxo-histidine est le marqueur biologique de l'oxydation de PerR.

Sensorische Photorezeptorproteine vermitteln vielfältige Lichtreaktionen in allen Domänen des Lebens. Oftmals dienen verschiedene, durch helikale ‚Linker’ gekoppelte, Module der Lichtperzeption (Sensor) und der Umwandlung in ein biologisches Aktivität (Effektor). Der Zusammenbau chimärer Photorezeptoren aus unterschiedlichen Sensoren und Effektoren ermöglicht die präzise und minimalinvasive Regulation zellulärer Signalwege mit Hilfe von Licht, zu therapeutischen oder analytischen Zwecken. Eine große Herausforderung stellt dabei die korrekte Fusion der Linker beider Module dar, die Kommunikation zwischen Sensor und Effektor erlaubt. Die vorliegende Arbeit nimmt sich diesem Problem an und untersucht Strategien zum effizienten Bau chimärer Photorezeptorproteine. Ein rationaler, auf Sequenz- und Strukturhomologie der parentalen Proteine basierender Ansatz wurde maßgeblich durch unzureichendes Verständnis der funktionellen Mechanismen dieser modularen Proteinen erschwert. Die neuentwickelte und PATCHY-Methode umgeht dieses Hindernis, indem sie eine Bibliothek von Chimären aller Kombinationen der parentalen Linker generiert, welche anschließend mittels bakterieller Testsysteme nach funktionalen Varianten durchsucht wird. Angewendet auf die Fusion eines LOV-Blaulichtsensors und eines Histidinkinase-Effektors fanden sich sowohl lichtaktivierte, als auch zu lichtreprimierte Chimären, deren Linkerlängen jeweils einer Heptadenperiodizität folgten. Dass weniger als 5% aller Linkerkombinationen zu lichtregulierten Chimären führten, deutet zudem auf eine feine Abstimmung von Linkersequenz und Proteinfunktion hin. Die systematische Analyse von Fusionsvarianten mit PATCHY dient daher nicht nur der Entwicklung chimärer Rezeptorproteine zur Manipulation zellulärer Prozesse. Sondern sie zeigt darüber hinaus, komplementär zum rationalen Ansatz, molekulare Faktoren auf, die zur Modulkompatibilität und Signaltransduktion modularer Rezeptorproteine beitragen. / Sensory photoreceptor proteins mediate diverse responses to ambient light in all domains of life. Often distinct modules coupled by helical linkers enable light perception (sensor) and biological output function (effector). Rewiring different sensor and effector modules into photoreceptor chimeras allows using light to control target cellular processes with high spatiotemporal accuracy and minimal invasiveness for therapeutic or analytical purposes. Thereby, a major design challenge is fusing the linkers from both modules in a way that preserves signal transduction within the chimera. The present study tackles this issue and explores strategies for engineering photoreceptor chimeras. An initial rational-design approach guided by sequence and structure homology of the parent proteins was greatly hampered by insufficient knowledge of signaling mechanisms within these modular proteins. A novel and easy-to-use brute-force strategy, termed PATCHY (primer-aided truncation for the creation of hybrid enzymes) circumvents this problem by generating a complete library of fusion variants between target modules harboring all combinations of the parent linkers. Screening fusion libraries of a LOV (light-oxygen-voltage) blue-light sensor coupled to a histidine-kinase effector yielded light-induced and light-repressed chimeras, each group complying with a heptad periodicity of linker lengths. With less than 5% of all possible variants exhibiting light regulation, a delicate fine-tuning of linker sequence and protein function became evident. Thus, systematic testing of fusion variants with PATCHY not only facilitates the development of photoreceptor chimeras for manipulating cellular processes. Complementary to rational design, it also reveals molecular cues determining module compatibility and signal transduction in modular signal receptors.

Die transkriptionelle Aktivierung des HDC Gens sowie des Chromogranin A Gens in ECL-Zellen der Magenmucosa repräsentiert einen zentralen Mechanismus der Säureregulation durch Gastrin und scheint ausserdem Bedeutung für die Pathogenese der gastroduodenalen Ulkuskrankheit zu haben. Unsere Untersuchungen identifizieren erstmals die molekularen Mechanismen der Gastrin-abhängigen Regulation beider Gene und definieren die beteiligten Transkriptionsfaktoren, regulatorischen DNA-Elemente und intrazellulären Signalwege. Des weiteren wurde durch transgene Untersuchungen die transkriptionelle Regulation des ChromograninA Gens in vivo bestätigt und die neuroendokrin-spezifische Expression eines 4.8kB-langen CgA-Promotorfragmentes demonstriert. Als pathobiologisch relevante Aktivatoren des HDC Gens konnten oxidativer Stress sowie die H. pylori Infektion identifiziert und hinsichtlich ihrer molekularen Wirkungen auf das Schlüsselgen der Histaminsynthese im Magen charakterisiert werden. Diese Ergebnisse dokumentieren einen potentiellen Mechanismus für die Interaktion beider Stimuli mit den physiologischen Regelkreisen der Magensäureregulation und können durch die Definition neuer molekularer Angriffspunkte möglicherweise zur Entwicklung innovativer Therapieansätze beitragen. / Transcriptional activation of the genes encoding histidine decarboxylase and chromogranin A represents a key mechanism of gastrin-dependent acid regulation and also appears to be involved in the pathogenesis of gastroduodenal ulcer disease. Our results for the first time identify the molecular mechanisms underlying gastrin-dependent activation of both genes, and define the transcription factors, regulatory DNA elements and signal transduction pathways involved in this process. Furthermore, transgenic studies confirmed the principle of gastrin-dependent transcriptional activation of the chromogranin A gene in vivo, and demonstrated neuroendocrine-specific expression of a 4.8kB-CgA promotor fragment. In addition, the pathobiological stimuli oxidative stress and H. pylori were molecularly characterized regarding their activating effects on the key gene of gastric histamine sythesis. These results provide potential mechanisms for the interaction of both stimuli with regulatory circuits of gastric acid secretion, and can probably contribute via definition of new molecular targets to the development of inovative therapeutic strategies.

Le microscope à force atomique (AFM) est un outil privilégié pour sonder la matière à l'échelle nanométrique. Dans cette thèse, nous l'utilisons comme instrument de mesure de force. Nous montrons que la mesure des fluctuations thermiques des ressorts permet de déterminer précisément leur raideur à condition d'utiliser un modèle qui prend en compte la forme des modes et la méthode de détection. A l'aide de nouvelle méthodes d'analyse des courbes de rétraction, nous étudions la conformation de polymères et de copolymères adsorbés, ainsi que l'interaction spécifique entre un complexe du nickel (Ni-NTA) et l'acide aminé histidine. Nous mettons en évidence des comportements inattendus en présence de liens multiples et nous en proposons une interprétation basée sur un équilibre entre formations et ruptures des liaisons. Nous présentons des premiers résultats expérimentaux concernant la transition conformationnelle de la polylysine sous étirement.

Gliomas are the most common primary tumors of the central nervous system believed to arise from glial cells. Invasive growth and inherent propensity for malignant progression make gliomas incurable despite extensive treatment. I have developed a life-like orthotopic glioma model and used this and other in vivo models to study basic mechanisms of glioma development and treatment. Previous studies had indicated that experimental gliomas could arise from glial stem cells and astrocytes. The present thesis describes the making and characterization of a novel mouse model, Ctv-a, where gliomas are induced from oligodendrocyte progenitor cells (OPCs). Our study shows that OPCs have the capacity to give rise to gliomas and suggests in light of previous data that the differentiation state of the cell of origin affects tumor malignancy. CDKN2A encodes p16INK4a and p14ARF (p19Arf in mouse) commonly inactivated in malignant glioma. Their roles in experimental glioma have been extensively studied and both proteins have tumor suppressor functions in glial stem cells and astrocytes. Here, we demonstrate that p19Arf only could suppress gliomagenesis in OPCs while p16Ink4a had no tumor suppressive effect. Functional DNA repair is pivotal for maintaining genome integrity, eliminating unsalvageable cells and inhibiting tumorigenesis. We have studied how RAD51, a central protein of homology-directed repair, affected experimental glioma development and have found that expression of RAD51 may protect against genomic instability and tumor development. Angiogenesis, the formation of new blood vessels from pre-existing ones, is a central feature of malignant progression in glioma. Antiangiogenic treatment by inhibition of vascular endothelial growth factor receptor signaling is used in the clinic for treatment of some cancers. We have investigated the effect of an alternative antiangiogenic protein, histidine-rich glycoprotein (HRG), on glioma development and found that HRG could inhibit the formation of malignant gliomas and completely prevent the formation of glioblastoma.

Systemic lupus erythematosus (SLE) is the prototypic systemic autoimmune disease, whereas autoimmune polyendocrine syndrome type 1 (APS1) is a rare autosomal disorder characterized by combinations of organ-specific autoimmune manifestations including hypoparathyroidism and intestinal dysfunction, and may serve as a model for organ-specific autoimmunity. Autoantibodies directed against proteins expressed in the affected tissues are found in both diseases. From a chondrocyte cDNA expression library, we identified the protein AHNAK as an autoantigen in SLE. Anti-AHNAK antibodies were found in 29.5% (18/61) of patients with SLE, 4.6% (5/109) of patients with rheumatoid arthritis, and 1.2% (2/172) of blood donors. Using a candidate approach, we analyzed the prevalence in APS1 and other organ-specific autoimmune diseases, of autoantibodies against the pyridoxal phosphate-dependent enzymes histidine decarboxylase (HDC) and cysteine sulfinic acid decarboxylase (CSAD), which are structurally closely related to known autoantigens. Anti-HDC and anti-CSAD reactivity was detected exclusively in APS1 patient sera. Anti-HDC antibodies were detected in 37.1% (36/97) of the APS1 sera, did not cross-react with aromatic L-amino acid decarboxylase, and were associated with intestinal dysfunction and loss of histamine-producing gastric enterochromaffin-like cells. In contrast, anti-CSAD reactivity was detected in 3.6% (3/83) of APS1 sera and cross-reacted with recombinant glutamic acid decarboxylase. From a parathyroid cDNA expression library, novel spliced transcripts of the CLLD4 gene on human chromosome 13q14, encoding 26 and 31 kDa isoforms recognized by autoantibodies in 3.4% (3/87) of APS1 patients, were identified and found to be preferentially expressed in lung and ovary. Both isoforms contain an N-terminal BTB/POZ domain, similarly to the TNF-alpha-regulated protein B12, localize both to the cytoplasm and nucleus in transfected COS cells, and form oligomers in vitro. The CLLD4 gene is located in a region frequently deleted in several forms of cancer, including lung and ovarian tumors. In conclusion, we have identified and partially characterized AHNAK and HDC as two common targets of autoantibodies in SLE and APS1, respectively. We have also identified CSAD and CLLD4 as two minor autoantigens in APS1, one of which is a novel protein with unknown function.

Die Arbeit behandelt die Ergebnisse von Experimenten über die Wirkung des Dipeptides Carnosin (β Alanyl L Histidin) und der Aminosäuren L Histidin und β-Alanin auf Kulturen der humanen Zellreihen U87, T98G und LN405, welche von Zellen des malignen Hirntumors Glioblastoma multiforme abgeleitet sind. Die Vitalität der Zellen nach Inkubation mit Carnosin oder L Histidin wurde anhand der Adenosintriphosphatproduktion und der Dehydrohenaseaktivität für Inkubationszeiträume von 24, 48 und 72 Stunden bestimmt. Dabei zeigte sich eine signifikant niedrigere Vitalität der mit Carnosin oder L Histidin inkubierten Zellen gegenüber der unbehandelten Kontrolle. Dieser Effekt war bei L Histidin stärker ausgeprägt. Bei Messungen der Lakatdehydrogenaseaktivität im Medium der Zellen, welche als Indikator für Zellnekrosen diente, zeigten nur die mit L Histidin inkubierte Zellen Zeichen von Nekrose. Die gleichen Messungen wurden auch an humanen embryonalen Nierenzellen durchgeführt (HEK 293), wobei sich ein ähnliches Ergebnis feststellen ließ. In den drei Zellreihen wurde zudem mittels qRT-PCR die mRNA-Expression für die beiden Enzyme Carnosinase 1 und Carnosinase 2 bestimmt, welche L Histidin von Carnosin abspalten. Im Vergleich mit Proben aus normalem Hirngewebe war die Expression beider Enzyme in den Glioblastomzellen deutlich geringer, wenngleich nachweisbar. Nachdem vorhergehende Studien [8] einen Anstieg der Expression von mRNA der Pyruvatdehydrogenasekinase 4 (PDK4) in mit Carnosin inkubierten Glioblastomzellen gezeigt hatten, wurde dieser Effekt hier auch mittels qRT-PCR in mit L Histidin inkubierten Zellen nachgewiesen. Eine Wirkung von Carnosin oder L Histidin auf ein Reportergen des PDK4-Promoters wurde ebenfalls untersucht, wobei sich kein signifikanter Effekt nachweisen ließ.:Table of contents Bibliographische Beschreibung I List of Abbreviations II List of Figures IV List of Tables V 1 Introduction 1 1.1 Overview 1 1.2 Glioblastoma 1 1.3 Carnosine 4 1.4 Histidine 8 1.5 Human pyruvate dehydrogenase kinase 4 gene and enzyme 9 2 Objectives of the study 12 3 Materials and Methods 13 3.1 Materials 13 3.1.1 Cell lines 13 3.1.2 Primers 13 3.1.3 Plasmids 14 3.1.4 cDNA of normal brain tissue 14 3.1.5 Solutions and buffers 14 3.1.6 Enzymes and kits 15 3.1.7 Media 16 3.1.8 Ready-made chemicals 17 3.1.9 Instruments 18 3.1.10 Software 19 3.1.11 Consumables 20 3.2 General microbiological and cytological methods 21 3.2.1 Production of competent E. coli 21 3.2.2 Transformation of RbCl-competent E. coli 21 3.2.3 Preparation of plasmid DNA from cultures of transformed E. coli 22 3.2.4 Cell culture conditions for human cell lines 22 3.3 Assay methods and protocols 24 3.3.1 Transfections and reporter gene assays 24 3.3.2 mRNA-isolation and qRT-PCR 25 3.3.3 Cell viability assays 26 3.4 Construction of the reporter gene (-3968/+319)_PDK4_GauIII 27 3.5 Statistical analysis 28 4 Results 29 4.1 Cell viability of glioblastoma cells under the influence of carnosine, L histidine and β-alanine 29 4.1.1 ATP production under the influence of carnosine, L histidine and β alanine 29 4.1.2 Dehydrogenase activity under the influence of carnosine, L histidine and β alanine 34 4.1.3 Lactate dehydrogenase activity and necrotic cell death under the influence of carnosine, L histidine and β alanine 38 4.1.4 Concentration dependence of viability decrease under the influence of carnosine and L histidine 42 4.1.5 Effect of carnosine and β-alanine on viability of HEK 293 cells 44 4.2 Carnosinase mRNA expression 46 4.3 PDK4-mRNA expression under the influence of L-histidine 48 4.3.1 Enhancement of PDK4-mRNA-expression under the influence of L histidine 48 4.3.2 Development of L-histidine-mediated PDK4-mRNA increase over time 51 4.4 Reporter gene assays 54 5 Discussion 60 5.1 Conclusions 60 5.2 Outlook and suggestions for further research 63 6 Summary 65 7 Literature 68 8 Appendix - Optimization of transfection conditions for U87 cells 74