This study reports the isolation, purification and partial characterisation of the ostrich serpin, a2AP, as well as its target enzyme, ostrich plasmin, in its active and inactive proenzyme, viz. plasminogen, forms. Three different procedures were undertaken to isolate and purify ostrich a2AP. The first one involved L-lysine-Sepharose chromatography, ammonium sulfate fractionation, ion-exchange chromatography on Toyopearl Super-Q 650S, and ostrich plasminogen-Sepharose affinity chromatography. The second procedure replaced the latter chromatographic step with gel filtration on Sephadex G-200 and hydroxylapatite chromatography, while the third one employed instead the theoretically more efficient LBSI-Sepharose chromatographic step. The third procedure yielded purified ostrich a2AP, but the degree of purity and yield were relatively low. Ostrich plasminogen was highly purified after L-lysine-Sepharose chromatography and ostrich plasmin was obtained by the urokinase-activation of the purified ostrich plasminogen Ostrich a2AP revealed an Mr of 77-84 K and two isoelectric forms of pI 3.85 and 6.18. Nterminal sequence analysis showed ostrich a2AP to have only 2 out of 11 residues in common with both those of human and bovine a2AP. Ostrich a2AP showed the largest inhibitory effects on ostrich plasmin, followed by comm. bovine chymotrypsin, trypsin and plasmin, in that order, and it appeared to be a much less potent plasmin inhibitor than bovine aprotinin, but a much more potent one than the synthetic inhibitors, DFP and EACA. Ostrich plasminogen showed an Mr of 92 K and multiple isoelectric forms (~7) in the pI range 6.01-9.18, with a major one of pI 6.01. It showed a total of 775 amino acid residues and its N-terminal sequence showed ~53 percent identity with those of human, rabbit, cat, and ox plasminogens. Ostrich plasmin revealed an Mr of 78 K, two isoelectric forms of pI 4.07 and 6.01, and a total of 638 amino acid residues. N-terminal sequence analysis showed that 2-4 residues are identical to the 5 of human, cat, dog, rabbit, and ox plasmins. The pH and temperature optima of ostrich plasmin were determined as 8.0 and 40 oC, respectively. The thermodynamic and kinetic parameters of ostrich plasmin were computed, and plasmin was shown to prefer Lys to Arg residues in the S1 position. In conclusion, ostrich a2AP, plasminogen and plasmin showed definite similarities to their mammalian counterparts, but there were also significant differences.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・論文博士 / 博士(工学) / 乙第12494号 / 論工博第4048号 / 新制||工||1503(附属図書館) / 28244 / (主査)教授 村上 正浩, 教授 杉野目 道紀, 教授 濵地 格 / 学位規則第4条第2項該当

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Der Typ I Plasminogenmangel ist eine seltene Multisystemerkrankung mit einer gestörten extravaskulären Fibrinolyse, die zur Ausbildung fibrinreicher Pseudomembranen auf Schleimhäuten führt. Kausale Therapien existieren bisher nicht, Fallberichte beschreiben jedoch eine Besserung der Symptomatik bei Patientinnen bei Einnahme oraler Kontrazeptiva. Östrogen wirkt im Körper über Rezeptoren durch Beeinflussung der Genexpression an bestimmten regulatorischen Elementen im Bereich der Promotoren (Estrogen responsive Elements (EREs)). Dies führte zu der Fragestellung, ob und durch welche Promotorelemente der Plasminogen Promotor durch Östrogen regulierbar und die Genexpression hierdurch modulierbar ist. Hierfür wurden verschiedene Promotorkonstrukte mit und ohne regulatorische Elemente kloniert und mittels Dual Luciferase Reporter Assay analysiert. In silico wurden 2 EREs (-11,5 kb und +4,2 kb relativ zur Transkriptionsstartstelle) identifiziert und anschließend ebenfalls in den Konstrukten getestet. Der kleinste „Plasminogenminimalpromotor“ war nicht durch Östrogen beeinflussbar. Proximale Promotorelemente wie die DNAse hypersensitive Region II mit einer beschriebenen Estrogen Responsive Unit sowie ein -2,4kb umfassendes Promotorkonstrukt wirkten unter Östrogenstimulation hemmend auf die Promotoraktivität. Ursächlich dafür sind wahrscheinlich weitere Interaktionen des Östrogen Rezeptors mit transkriptionsmodulierenden Proteinen, z.B. sind Interaktionen vermittelt über eine AP-3 Bindungsstelle denkbar. Die hemmenden Effekte konnten als Plasminogen-Gen-spezifisch und Leberzell-spezifisch demonstriert werden. Im Gegensatz dazu lösten beide vor die Minimalpromotoren klonierten EREs eine starke Stimulation aus, die sich auch in nichthepatischen Zelllinien - dort jedoch in geringerem Ausmaß ¬- zeigte. Somit sind diese EREs starke Enhancer, die eine Leberspezifität aufweisen. Die in der Summe komplexe Regulation der Östrogen-vermittelten Plasminogen Transkriptionskontrolle lässt auf eine Mitwirkung zusätzlicher Faktoren schließen. Um den in vitro Effekt der scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse zu untersuchen, wurden humane Leberzellen einer Primärzellkultur mit Östrogen stimuliert und anschließend hinsichtlich der Plasminogen Expression untersucht. Diese Methode ließ sich jedoch aufgrund der Limitierung des Probenmaterials auf Leberbiopsien von Patienten mit gastrointestinalen Karzinomen mit Lebermetastasierung, damit einhergehend fehlender Östrogenrezeptorexpression, sowie fehlender Plasminogenexpression nicht etablieren, sodass hier der Nachweis des wirklichen Effektes des Östrogeneinflusses nicht gelang. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich der Plasminogen Promotor durch Östrogen regulieren lässt. Der genaue Mechanismus und der in vitro Effekt ließ sich jedoch nicht abschließend klären und bedarf weiterer Forschung. Eine vielversprechende Fortführung der Arbeit, besonders im Hinblick auf adäquate Therapieoptionen des Typ I-Plasminogenmangels, wäre die Etablierung eines geeigneten Zellmodells und die Erprobung weiterer Plasminogen modifizierender Substanzen.

Meningokokken sind nach wie vor eine wichtige Ursache für Gehirnhautentzündungen und Sepsen weltweit, vor allem bei Kindern und Jugendlichen. Weil viele Pathomechanismen dieses Erregers bislang noch unvollständig verstanden sind, wurden im Rahmen der vorliegenden Doktorarbeit populationsbiologische und pathogenetische Aspekte von Neisseria meningitidis untersucht. Die Kapsel ist der hauptsächliche Pathogenitätsfaktor von Meningokokken und wichtig für die Besiedelung von neuen Wirten. Isolate von symptomfreien Trägern sind allerdings häufig unbekapselt. Um Ursachen oder Mechanismen für den Verlust der Kapselexpression aufzudecken, wurden insgesamt 166 Isolate der Bayerischen Meningokokkenträgerstudie untersucht. Alle Isolate besaßen sämtliche zur Kapselsynthese notwendigen Gene, exprimierten aber keine Kapsel. Bei 39 Isolaten fanden sich Längenvariationen in homopolymeren Sequenzen (slipped strand mispairing, SSM) in den Genen siaA und siaD. 46 Isolate enthielten Insertionselemente (IS1301, IS1016 und IS1106) in den Genen der Kapselsynthese. Irreversible Mutationen (Deletionen, Insertionen, Basensubstitutionen) wurden bei 47 Isolaten gefunden. Veränderungen der Promotorregion schienen keine Rolle zu spielen. Es wurden bei insgesamt sechs Isolaten zwei nicht-synonyme Mutationen in unmittelbarer Nähe zum putativen aktiven Zentrum der UDP-N- Acetylglukosamin-2-Epimerase entdeckt, die einen Verlust der Kapselsynthese erklären könnten. Insgesamt wurden keine Akkumulationen von Mutationen in defekten Genen gefunden und es gab auch keine Korrelationen zwischen den verschieden Ursachen und bestimmten klonalen Linien. Die erhaltenen Ergebnisse legen nahe, dass die meisten der zur Blockierung der Kapselexpression führenden Ereignisse erst im aktuellen Wirt aufgetreten sind und dass zumindest bei bestimmten klonalen Linien die Verbreitung von der Expression einer Kapsel abhängig ist. Viele pathogene Bakterien nutzen zur Infektion des Menschen die ubiquitär im Körper vorkommende Protease Plasmin. Dazu binden diese Plasmin oder das Proenzym Plasminogen. Auch Meningokokken interagieren mit Plasmin und Plasminogen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit konnten drei Rezeptormoleküle für Plasminogen identifiziert werden. Die drei Proteine Enolase, DnaK und Peroxiredoxin konnten mit verschiedenen Methoden auf der Oberfläche der Erreger nachgewiesen werden. Die Bindung des Plasminogens ist bei Meningokokken ausschließlich über Lysinreste der Rezeptoren vermittelt, die C-terminalen Lysinreste der hier identifizierten Rezeptormoleküle spielen aber, wenn überhaupt, nur eine untergeordnete Rolle. Die Bindung von Plasminogen war durch rekombinante Rezeptorproteine konzentrationsabhängig inhibierbar. Plasminogen konnte von Meningokokken auch aus dem Serum rekrutiert werden. Gebundenes Plasminogen war mit uPA (Urokinase Plasminogen Aktivator) aktivierbar und physiologisch aktiv, was durch die Degradation von Fibrinogen nachgewiesen wurde. Das gebundene Plasmin wurde durch die Bakterien vor der Desaktivierung durch α2- Antiplasmin geschützt. Des Weiteren konnte gezeigt werden, dass Meningokokken auch mit weiteren Faktoren des Fibrinolyse-Systems (uPA) interagieren. Sie rekrutierten uPA an ihre Oberfläche und gebundenes uPA war physiologisch aktiv. Die erhaltenen Ergebnisse bestärken die These, dass Meningokokken die Faktoren des Fibrinolyse-Systems für ihre Pathogenese nutzen. / Meningococci remain to be one of the major causes for meningitis and septicaemia worldwide, especially in children and young adults. Because many of the pathogen’s pathomechanisms still remain unresolved, in the present doctoral thesis population biology and pathogenetic aspects of Neisseria meningitidis were investigated. The capsule is the major virulence-factor of meningococci and important for the dispersal to new hosts. However, isolates extracted from healthy carriers are frequently unencapsulated. To reveal the causes or mechanisms underlying this loss of encapsulation 166 strains of the Bavarian Meningococci Carriage Study were analysed. All these strains possessed all the genes responsible for capsule expression but were acapsulate. Slipped strand mispairing was demonstrated for 39 isolates in the genes siaA and siaD. The insertion elements IS1016, IS1106 and IS1301 were responsible for the loss of encapsulation in other 46 strains and 47 isolates showed irreversible mutations (deletions, insertions and base exchanges) in capsule genes. Sequence alterations in the promoter region seemed not to be responsible for the loss of encapsulation. In close vicinity to the putative active site of the UDP-N-acetylglucosamine-2-epimerase two non-synonymous mutations were detected in altogether six strains. Altogether there was no accumulation of mutations in the uncovered defective genes and no correlation between state of encapsulation and specific clonal lineages could be revealed. The obtained results portray a scenario, were the loss of encapsulation happens in the recent host and where at least some clonal lineages are dependent on the capsule for dissemination. Many bacteria use the protease plasmin for their pathogenesis. For this they recruit plasmin or its precursor plasminogen to their surface. Meningococci were shown to interact with plasminogen, too. In the present thesis three meningococcal receptors for plasminogen were identified. The three receptor proteins enolase, DnaK and peroxiredoxin were shown to be localised extracellularly on the bacterial cell surface by diverse techniques. Binding of plasminogen was demonstrated to occur exclusively to lysine residues of the receptor molecules, but the C-terminal lysine residues of the newly identified receptors were not involved in this process. Recruitment of plasminogen to the bacterial surface could be inhibited by soluble, recombinant receptor proteins in a concentration dependent manner. Furthermore, meningococci were shown to be able to recruit plasminogen from human serum. Receptor bound plasminogen could be activated by uPA (urokinase plasminogen activator) and was physiologically active as demonstrated by degradation of fibrinogen. The bound plasmin was also protected from deactivation by α2-antiplasmin. In addition, Neisseria meningitidis was shown to interact with other components of the fibrinolytic system. The bacteria attached uPA to their surface and the bound uPA was physiologically active. These data provide further evidence for recruitment and usage of factors of the fibrinolytic system in pathogenesis of meningococci.

Elevated plasma concentrations of lipoprotein(a) [Lp(a)] have been identified as an independent risk factor for vascular diseases including coronary heart disease and stroke. In the current study, we have examined the binding and degradation of recombinant forms of apolipoprotein(a) [r-apo(a)], the unique kringle-containing moiety of Lp(a), using a cultured cell model. We found that the incubation of human hepatoma (HepG2) cells with an iodinated 17 kringle-containing (17K) recombinant form of apo(a) resulted in a two-component binding system characterized by a high affinity (Kd = 12 nM), low capacity binding site, and a low affinity (Kd = 249 nM), high capacity binding site. We subsequently determined that the high affinity binding site on HepG2 cells corresponds to the LDL receptor. In the HepG2 cell model, association of apo(a) with the LDL receptor was shown to be dependent on the formation of Lp(a) particles from endogenous LDL. Using an apo(a) mutant incapable of binding to the high affinity site through its inability to form Lp(a) particles (17KΔLBS7,8), we further demonstrated that the LDL receptor does not participate in Lp(a) catabolism. The low affinity binding component observed on HepG2 cells, familial hypercholesterolemia (FH) fibroblasts and human embryonic kidney (HEK) 293 cells may correspond to a member(s) of the plasminogen receptor family, as binding to this site(s) was decreased by the addition of the lysine analogue epsilon-aminocaproic acid. The lysine-dependent nature of the low affinity binding site was further confirmed in HepG2 binding studies utilizing r-apo(a) species with impaired lysine binding ability. We observed a reduction maximum binding capacity for 17K r-apo(a) variants lacking the strong lysine binding site (LBS) in kringle IV type 10 (17KΔAsp) and the very weak LBS in kringle V (17KΔV). Degradation of Lp(a)/apo(a) was found to be mediated exclusively by the low affinity component on both HepG2 cells and FH fibroblasts. Fluorescence confocal microscopy, using the 17K r-apo(a) variant fused to green fluorescent protein, further confirmed that degradation by the low affinity component on HepG2 cells does not proceed by the activity of cellular lysosomes. Taken together, these data suggest a potentially significant route for Lp(a)/apo(a) clearance in vivo. / Thesis (Master, Biochemistry) -- Queen's University, 2009-09-26 02:15:50.754

Thesis (Ph. D.)--University of Missouri--Columbia, 2003. / "August 2003." Typescript. Vita. Includes bibliographical references (leaves 110-133). Also issued on the Internet.

Der Typ I Plasminogenmangel ist eine seltene Multisystemerkrankung mit einer gestörten extravaskulären Fibrinolyse, die zur Ausbildung fibrinreicher Pseudomembranen auf Schleimhäuten führt. Kausale Therapien existieren bisher nicht, Fallberichte beschreiben jedoch eine Besserung der Symptomatik bei Patientinnen bei Einnahme oraler Kontrazeptiva. Östrogen wirkt im Körper über Rezeptoren durch Beeinflussung der Genexpression an bestimmten regulatorischen Elementen im Bereich der Promotoren (Estrogen responsive Elements (EREs)). Dies führte zu der Fragestellung, ob und durch welche Promotorelemente der Plasminogen Promotor durch Östrogen regulierbar und die Genexpression hierdurch modulierbar ist. Hierfür wurden verschiedene Promotorkonstrukte mit und ohne regulatorische Elemente kloniert und mittels Dual Luciferase Reporter Assay analysiert. In silico wurden 2 EREs (-11,5 kb und +4,2 kb relativ zur Transkriptionsstartstelle) identifiziert und anschließend ebenfalls in den Konstrukten getestet. Der kleinste „Plasminogenminimalpromotor“ war nicht durch Östrogen beeinflussbar. Proximale Promotorelemente wie die DNAse hypersensitive Region II mit einer beschriebenen Estrogen Responsive Unit sowie ein -2,4kb umfassendes Promotorkonstrukt wirkten unter Östrogenstimulation hemmend auf die Promotoraktivität. Ursächlich dafür sind wahrscheinlich weitere Interaktionen des Östrogen Rezeptors mit transkriptionsmodulierenden Proteinen, z.B. sind Interaktionen vermittelt über eine AP-3 Bindungsstelle denkbar. Die hemmenden Effekte konnten als Plasminogen-Gen-spezifisch und Leberzell-spezifisch demonstriert werden. Im Gegensatz dazu lösten beide vor die Minimalpromotoren klonierten EREs eine starke Stimulation aus, die sich auch in nichthepatischen Zelllinien - dort jedoch in geringerem Ausmaß ¬- zeigte. Somit sind diese EREs starke Enhancer, die eine Leberspezifität aufweisen. Die in der Summe komplexe Regulation der Östrogen-vermittelten Plasminogen Transkriptionskontrolle lässt auf eine Mitwirkung zusätzlicher Faktoren schließen. Um den in vitro Effekt der scheinbar widersprüchlichen Ergebnisse zu untersuchen, wurden humane Leberzellen einer Primärzellkultur mit Östrogen stimuliert und anschließend hinsichtlich der Plasminogen Expression untersucht. Diese Methode ließ sich jedoch aufgrund der Limitierung des Probenmaterials auf Leberbiopsien von Patienten mit gastrointestinalen Karzinomen mit Lebermetastasierung, damit einhergehend fehlender Östrogenrezeptorexpression, sowie fehlender Plasminogenexpression nicht etablieren, sodass hier der Nachweis des wirklichen Effektes des Östrogeneinflusses nicht gelang. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass sich der Plasminogen Promotor durch Östrogen regulieren lässt. Der genaue Mechanismus und der in vitro Effekt ließ sich jedoch nicht abschließend klären und bedarf weiterer Forschung. Eine vielversprechende Fortführung der Arbeit, besonders im Hinblick auf adäquate Therapieoptionen des Typ I-Plasminogenmangels, wäre die Etablierung eines geeigneten Zellmodells und die Erprobung weiterer Plasminogen modifizierender Substanzen.:I Bibliografische Beschreibung und Referat…………………………………………………………………………………………II II Abkürzungsverzeichnis……………………………………………………………………………………………………………………III 1. Einleitung und Hintergrund…………………………………………………………………………………………………………….1 1.1. Plasminogen und Typ I Plasminogenmangel……………………………………………………………………1 1.2. Organisation des Plasminogen Gens und des Plasminogen Promotors……………………..…….2 1.3. Östrogen und dessen Signaltransduktion…………………………………………………………………………3 2. Überleitung zur Originalpublikation – Fragestellung……………………………………………………………………….5 3. Originalpublikation………………………………………………………………………………………………………………….……..7 4. Diskussion und Ausblick………………………………………………………………………………………………………………..15 5. Zusammenfassung………………………………………………………………………………………………………………………..17 6. Literaturverzeichnis……………………………………………………………………………………………………………………...19 III Eigenständigkeitserklärung..………………………………………………………………………………………………………….IV IV Curriculum vitae…………………………………………………………………………………………………………………………….V V Liste der Publikationen…….…………………………………………………………………………………………………………….VI VI Danksagung………………………………………………………………………………………………………………………………….VII

Previous work has shown that thrombin activatable fibrinolysis inhibitor (TAFI) was unable to prolong lysis of purified clots in the presence of Lys-plasminogen (Lys-Pg), indicating a possible mechanism for fibrinolysis to circumvent prolongation mediated by activated TAFI (TAFIa). Therefore, the effects of TAFIa on Lys-Pg activation and Lys-plasmin (Lys-Pn) inhibition by antiplasmin (AP) were quantitatively investigated using a fluorescently labeled recombinant Pg mutant which does not produce active Pn. High molecular weight fibrin degradation products (HMW-FDPs), a soluble fibrin surrogate that models Pn modified fibrin, treated with TAFIa decreased the catalytic efficiency (kcat/Km) of 5IAF-Glu-Pg cleavage by 417-fold and of 5IAF-Lys-Pg cleavage by 55-fold. A previously devised intact clot system was used to measure the apparent second order rate constant (k2) for Pn inhibition by AP over time. While TAFIa was able to abolish the protection associated with Pn modified fibrin in clots formed with Glu-Pg, it was not able to abolish the protection in clots formed with Lys-Pg. However, TAFIa was still able to prolong the lysis of clots formed with Lys-Pg. TAFIa prolongs clot lysis by removing the positive feedback loop for Pn generation. The effect of TAFIa modification of the HMW-FDPs on the rate of tissue type plasminogen activator (tPA) inhibition by plasminogen activator inhibitor type 1 (PAI-1) was investigated using a previously devised end point assay. HMW-FDPs decreased the k2 for tPA inhibition rate by 3-fold. Thus, HMW-FDPs protect tPA from PAI-1. TAFIa treatment of the HMW-FDPs resulted in no change in protection. Vitronectin also did not appreciably affect tPA inhibition by PAI-1. Pg, in conjunction with HMW-FDPs, decreased the k2 for tPA inhibition by 30-fold. Hence, Pg, when bound to HMW-FDPs, protects tPA by an additional 10-fold. TAFIa treatment of the HMW-FDPs completely removed this additional protection provided by Pg. In conclusion, an additional mechanism was identified whereby TAFIa can prolong clot lysis by increasing the rate of tPA inhibition by PAI-1 by eliminating the protective effects of Pn-modified fibrin and Pg. Because TAFIa can suppress Lys-Pg activation but cannot attenuate Lys-Pn inhibition by AP, the Glu- to Lys-Pg/Pn conversion is able to act as a fibrinolytic switch to ultimately lyse the clot. / Thesis (Master, Biochemistry) -- Queen's University, 2008-01-31 17:04:50.447