Dissertations / Theses on the topic 'Peptidylprolyl isomerase'

The Best PhD Thesis in the Faculties of Dentistry, Engineering, Medicine and Science (University of Hong Kong), Li Ka Shing Prize,2005-2006
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abstract
Medicine
Doctoral
Doctor of Philosophy

[Truncated abstract] Steroid receptors belong to the superfamily of nuclear receptors, and include the androgen receptor (AR), estrogen receptors (ER[alpha] and ER[beta], glucocorticoid receptor (GR), mineralocorticoid receptor (MR), and the progesterone receptors (PRA and PRB). Before binding ligand, the receptor undergoes biochemical and structural modifications through a series of interactions with molecular chaperones and cochaperones all within a receptor heterocomplex. The mature receptor complexes with the major chaperone Hsp90, the stabilising cochaperone p23, and one member of a group of cochaperones termed immunophilins. Steroid receptor-associated immunophilins include the cyclophilin, CyP40, two FK506-binding proteins, FKBP51 and FKBP52, and the protein phosphatase, PP5. Immunophilins are characterised by the presence of TPR domains which compete directly for the TPR-acceptor site within Hsp90. This leads to mutually exclusive, immunophilin-containing receptor complexes. While PP5 contains a C-terminal phosphatase domain, CyP40, FKBP51 and FKBP52 each contain an N-terminal peptidyl prolyl isomerase (PPIase) domain, which catalyses the cis/trans isomerisation of prolyl peptide bonds. FKBP52 has been demonstrated to potentiate the ligand-dependent activity of AR, GR and PR, but not ER[alpha]. Knowing that CyP40 is the preferred immunophilin associated with the ER[alpha] heterocomplex, it was hypothesised that this immunophilin plays a role in ER[alpha] function. ... As all mutants maintained this potentiating activity it was concluded that the five altered residues found within gpGR do not contribute to the altered interaction of FKBP52 and receptor. However, it cannot be discounted that FKBP51 is more competitive for gpGR. Immunophilins are hormonally regulated, with FKBP52 found to be essential for female fertility in mice. It was hypothesised that levels of immunophilins, associated with steroid receptors important in the menstrual cycle, would be regulated to reflect hormonal activity within cycling endometrium. Human pre-menopausal endometrial sections taken from different phases of the menstrual cycle were examined immunohistochemically for expression of CyP40, FKBP51, FKBP51 and PP5. Immunophilin levels peaked at the mid-secretory phase correlating with stromal decidualization, a process essential for eventual blastocyst implantation. The importance of immunophilins to steroid receptor action was therefore reinforced by the observation that immunophilins appear to be hormonally regulated in cycling pre-menopausal human endometrium. Further studies into the effects of immunophilin loss and knockdown on steroid receptor-mediated responses in specific mouse tissues, knockout-derived mouse embryo fibroblasts and cancer cell lines may contribute to our understanding of the receptor-selective and tissue-specific actions of the immunophilins. Elucidation of the mechanisms through which they modulate receptor function may provide opportunities for therapeutic intervention in steroid-related disease.

Dans la plupart des cellules eucaryotes, l'inositol hexakisphosphate (insp#6, acide phytique) est le phosphoinositol le plus abondant. Chez l'amibe dictyostelium discoideum, la concentration d'insp#6 est de 0,7 mm et se maintient lors du cycle de differenciation de l'amibe. La fonction intracellulaire de cet inositol polyphosphate n'est pas clairement elucidee, toutefois un role regulateur de l'insp#6 dans le processus d'endocytose a recepteurs a ete propose chez les mammiferes. Un test de liaison de l'insp#6 radioactif a ete tout d'abord mis au point afin de pouvoir suivre les proteines capables de lier ce phosphoinositide, lors de purifications a partir d'extraits solubles de d. Discoideum. En combinant cette methode avec un test immunologique permettant de detecter les chaines lourdes des adaptines (proteines impliquees dans l'endocytose a recepteurs), le protocole de purification a permis de mettre en evidence cette proteine chez l'amibe. L'adaptine chez d. Discoideum ne semble pas fixer l'insp#6 contrairement a la situation dans les cellules de mammiferes. Une purification des proteines cytosoliques de liaison de l'insp#6 a permis l'identification de trois proteines non decrites jusqu'a present chez l'amibe : une nouvelle isoforme de cyclophiline et les proteines ribosomales s4 et s10. Le clonage de leur gene respectif ainsi que l'etude de leur expression au cours du developpement de l'amibe ont ete entrepris. Les trois genes sont specifiques du stade vegetatif : leur niveau de transcription s'effondre apres le commencement de la differenciation. La cyclophiline b purifiee est capable de lier la ciclosporine a et possede une extension n-terminale qui est clivee apres traduction de la proteine. Cette sequence signal permet son adressage vers le reticulum endoplasmique : la cyclophiline peut se trouver dans ce compartiment ou dans une vesicule de la voie de secretion, en effet aucun signal de retention dans le reticulum n'a ete trouve dans sa sequence. Une autre isoforme de cyclophiline localisee dans la mitochondrie a ete obtenue par chromatographie par affinite pour la ciclosporine a.

An efficient and expedient synthetic method was developed for the preparation of chiral poly-substituted morpholine and oxazepine derivatives. The method was designed in the objective of applying the synthesis to the preparation of Cyclophilin A inhibitors.
The stereo- and regioselective method involves the reaction of enantiopure beta-amino alcohols with alpha,beta-unsaturated aldehydes. The synthesis proceeds through three steps; i) Reductive amination, ii) N-alkylation/ N-tosylation and iii) intramolecular-haloetherification. Stereoselectivity of this last step was controlled by N-alkyl/ N-tosyl groups and substitution across the double bond, and was enhanced by the addition of Bronsted acids. Substitution across the double bond of the starting material controlled the regioselectivity of the method. Morpholines were obtained through 6- exo cyclization and oxazepines were obtained through 7-endo cyclization.
A small library of morpholine-based derivatives was designed in-silico. Affinity and binding modes to the Cyclophilin A were investigated through a docking-based virtual screening study.

L'influence du radical libre oxygene, le radical hydroxyle (oh) et des proteines a activite peptidyl-prolyl cis-trans isomerase sur le traitement de l'antigene toxine tetanique par des cellules presentatrices d'antigenes (lymphocytes b) a ete etudiee. En ce qui concerne le radical hydroxyle, sa production par des cellules de type macrophagique a ete reproduite a l'aide d'un systeme chimique. La toxine tetanique traitee par le radical oh subit un changement de conformation, et des liaisons bityrosine intramoleculaires resistantes a la proteolyse sont formees. La toxine ainsi modifiee est plus resistante a la proteolyse in vitro par des fractions endosomales isolees des cellules presentatrices. Cette diminution de proteolyse est correlee a une meilleure presentation par des cellules presentatrices fixees, a des lymphocytes t lorsque cet antigene est pre-proteolyse in vitro par des fractions endosomales. Ainsi, le radical oh favorise la presentation des epitopes de la toxine en les protegeant contre une proteolyse trop importante. La production du radical oh par un autre systeme chimique a permis de montrer l'existence d'un site de fixation pour le zinc a l'interieur de la chaine legere de la toxine, au niveau d'un epitope t. En ce qui concerne les activites peptidyl-prolyl cis-trans isomerases (ppiase), celles-ci ont pu etre mises en evidence dans les fractions endosomales de cellules presentatrices. L'addition a ces fractions endosomales de proteines a activite ppiase telles que la cyclophiline ou la fkbp augmente la proteolyse de la toxine tetanique. Il reste a tester les consequences de cet effet sur la presentation de cette derniere a des lymphocytes t. Un autre point de ce travail a ete la mise en evidence de la phosphorylation in vitro de la cyclophiline par la proteine kinase c purifiee. L'etude des consequences de cette phosphorylation sur l'activite ppiase de la cyclophiline est en cours

La maladie d'Alzheimer (MA) est une démence neurodégénérative caractérisée neuropathologiquement par une Dégénérescence Neurofibrillaire (DNF) et des dépôts amyloïdes. La DNF est constituée de protéines Tau hyper- et anormalement phosphorylées, alors que dépôts amyloïdes sont constitués par des peptides Amyloid Beta qui sont les produits de clivages successifs du précurseur du peptide amyloïde (APP). Actuellement, les mécanismes qui conduisent à la DNF et aux dépôts amyloïdes sont encore mal connus. Récemment, Pin1 a été retrouvée dans les deux lésions de la MA. Pin1 est une peptidyl prolyl cis/trans isomérase qui régule ses cibles par isomérisation de sites phospho Serine / phospho Thréonine suivis d'une Proline (pSer/Thr-Pro). Pin1 elle-même est régulée par certaines modifications post-traductionnelles comme oxydation ou phosphorylation. De plus, des travaux récents sur un modèle de souris invalidées (KO) pour le gène PIN1 ont montré qu'une absence de Pin1 était associée au développement d'une DNF. Enfin, Pin1 KO et Pin1 KO en combinaison avec surexpression de APP mutée montraient une augmentation de Amyloid Beta insoluble dans les cerveaux de souris. Nous avons cherché à étudier la présence d'éventuelles variations des modifications post-traductionnelles de Pin1 qui seraient associées à la maladie d'Alzheimer en analysant des cerveaux de patients atteints de MA, de souris transgéniques pour tau et des cellules SY5Y qui surexpriment la tau humaine. Par ces travaux, nous mettons en évidence que la protéine Pin1 est régulée par phosphorylation. Il existe au moins 5 sites de phosphorylation comme cela est suggéré par nos analyses en électrophorèse bidimensionnelle. Par ailleurs, la progression de la pathologie tau peut moduler l'état de phosphorylation de Pin1. Notre étude, pour la première fois, montre la relation entre la pathologie tau et la phosphorylation de Pin1 dans la progression de la MA.

Alzheimer's disease (AD) accounts for around two thirds of all dementia cases and an increase in life expectancy of the population has resulted in a substantial increase in dementia cases and with that a rise in AD. AD is a debilitating and ultimately fatal neurodegenerative disorder of the elderly, and despite being identified over a century ago, the current treatments do not treat the underlying causes behind the disease, instead they help to mask the symptoms of the disease and prolong the brain's remaining function. It is therefore vital that an effective, disease modifying treatment for this disease is established as soon as possible. Soluble intracellular forms of amyloid β (peptide Aβ), a hallmark of AD have been identified and intracellular targets of Aβ are being investigated as potential drug targets for the disease. Two key intracellular, mitochondrial proteins investigated as potential drug targets: amyloid binding alcohol dehydrogenase (ABAD) and cyclophilin D (CypD) are the focus of the work reported in this thesis. To begin identifying potential inhibitors of the ABAD-Aβ interaction, a two-pronged approach was taken. Firstly, a series of analogues based on a known inhibitor of the interaction were tested using a variety of biophysical assays, for their therapeutic affect on the interaction, and secondly a fragment based screening approach was used to identify new small molecule binding partners of ABAD which could potentially be modified to produced inhibitors of the ABAD-Aβ interaction. Three different CypD constructs have been successfully expressed and purified, and taken into crystal trials. It is hoped that these constructs can be used to significantly aid the progress of identifying any potential inhibitors and binding partners of CypD that may produce therapeutic effects, and in the future could lead to the identification of an effective disease modifying drug in the treatment of AD. The work reported in this thesis has built upon previously reported findings and the groundwork has also been established for several in vitro biophysical assays, these include for example: measuring ABAD enzyme activity, and the novel morphology specific Aβ aggregation assay, which can be used as screening tools to help identify potential inhibitors of these interactions. Both the ABAD-Aβ interaction, and the blockade of CypD are known to be drug targets in the treatment of AD, and by elucidating the molecular mechanisms behind these interactions, through implementing biophysical assays, this will help in the identification and design of potential new therapeutic agents for the treatment of AD.

La dégénérescence neurofibrillaire (DNF) est une lésion histologique typique de plusieurs maladies neurodégénératives dont la maladie d'Alzheimer. Elle se caractérise par l'agrégation de protéines microtubulaires Tau, hyperphosphorylées et anormalement phosphorylées, sous forme de filaments appariés en hélice. Des marqueurs du cycle cellulaire sont détectés dans les agrégats de Tau et dans les neurones vulnérables à la DNF. Ces résultats ont conduit à émettre l'hypothèse que la DNF pourrait résulter d'une réactivation anormale du cycle cellulaire dans les neurones. La peptidyl prolyl cis-trans isomérase Pin1 est une protéine régulatrice du cycle cellulaire. Elle est exprimée dans les cellules en prolifération et dans quelques cellules différenciées, tels que les neurones, au sein desquels son rôle est mal connu. Des résultats montrent que la protéine Pin1 accroît la quantité de CyclineD1 dans des cellules issues de neuroblastome. Une augmentation de Cycline D1 dans des cellules neuronales pourrait être à l'origine d'une réactivation pathologique du cycle cellulaire. La protéine Pin1 a été impliquée dans la maladie d'Alzheimer par sa capacité à lier la protéine Tau et à faciliter sa déphosphorylation par la phosphatase PP2A in vitro. L'invalidation de Pin1 dans des souris induit une hyperphosphorylation de Tau et la formation d'agrégats. Cependant, la régulation fine des différents sites de phosphorylation de Tau par Pin1 n'a encore jamais été étudiée dans un contexte intégré. L'objet de ce travail a été donc double, étudier l'effet de la surexpression de Pin1 sur le cycle cellulaire de cellules issues de neuroblastome et étudier le rôle de Pin1 dans la régulation de différents sites de phosphorylation de Tau dans des cellules neuronales. Nos résultats indiquent que malgré l'augmentation de CyclineD1, la surexpression de Pin1 induit un ralentissement du cycle cellulaire à la transition G1/S dans des cellules SY5Y issues de neuroblastome. Cet effet sur le cycle cellulaire s'est accompagné de la découverte d'un nouveau partenaire fonctionnel de Pin1, la Survivine, une molécule de contrôle du cycle et de la mort cellulaire. Le ralentissement à la transition G1/S suggère que Pin1 pourrait inhiber une éventuelle reprise du cycle cellulaire dans les neurones et les maintenir dans un état différencié. Nous avons également mis en évidence une augmentation de la quantité de Pin1 au cours de la différenciation neuronale, ce qui laisse penser que Pin1 pourrait être un acteur précoce de cette différenciation. De plus, l'étude de la déphosphorylation de Tau induite par des stress dans des cultures primaires de neurones murins a permis de montrer que Pin1 facilite la déphosphorylation de Tau, de manière différentielle, sur la Thr231, sans affecter d'autres sites tels que la Thr212. La phosphorylation de la Thr231 est également réduite au cours de la différenciation neuronales et suite à l'induction de Pin1 dans des cellules SY5Y. En conclusion, par son rôle dans l'inhibition du cycle cellulaire et la déphosphorylation de Tau, Pin1 pourrait jouer un rôle neuroprotecteur vis-à-vis de la maladie d'Alzheimer.

La leucémie aiguë myéloïde (LAM) est une maladie très hétérogène du point de vue génétique. Malgré les avancées dans la caractérisation moléculaire de la LAM, les taux de survie des patients restent assez modestes. Le pronostic de ces patients dépend en grande partie des anomalies cytogénétiques et moléculaires acquises. La nucléophosmine-1 (NPM1) est un gène essentiel codant pour une protéine nucléocytoplasmique, qui fait la navette entre le nucléole, le noyau et le cytoplasme mais demeure localisée principalement dans le nucléole. NPM1 joue plusieurs rôles dont la stabilisation de la protéine suppresseur de tumeur p14ARF, la régulation de la biogenèse des ribosomes, le contrôle de la duplication des centrosomes, la réponse aux stimuli de stress et l’activation de P53. NPM1 est considéré comme un des gènes les plus fréquemment mutés dans la LAM, représentant environ un tiers des patients (LAM avec NPM1c). Dans les protéines mutées NPM1c, deux résidus de tryptophane à l'extrémité C-terminale sont perdus et un signal d'exportation nucléaire est créé. Cela conduit à une accumulation ectopique et aberrante de la protéine NPM1c, ainsi que la protéine normale NPM1, dans le cytoplasme des blastes. Ceci joue un rôle majeur dans la leucémogénèse et l’établissement de la LAM. La protéine de la leucémie promyélocytaire (PML) organise des corps nucléaires (CN) qui contrôlent la protéolyse et la sénescence induite par la voie P53. Les CN PML sont désorganisés dans la LAM avec NPM1c. L'acide rétinoïque (AR) est une hormone favorisant la différenciation des cellules myéloïdes. L’addition de l’AR à la chimiothérapie augmente la survie des patients LAM avec mutation NPM1c. Nous avons précédemment démontré que l’AR et le trioxyde d’Arsenic (ATO) fonctionnent en synergie pour induire la dégradation de la protéine NPM1c, inhiber la croissance et induire l’apoptose des cellules leucémiques exprimant NPM1c. D’une manière importante, l’association AR/ATO a entrainé la baisse significative du nombre de blastes dans la moelle osseuse chez certains patients atteints de LAM avec NPM1c, et a conduit à la restauration de la localisation nucléaire de NPM1 et de PML. L’objectif principal du travail en cours était de dévoiler les voies biochimiques conduisant au catabolisme de NPM1c et d’élucider les mécanismes moléculaires de l’activité anti-leucémique de l’association AR/ATO. Nous démontrons que PML est nécessaire pour la dégradation de NPM1c induite par l’association AR/ATO. Dans les blastes primaires de patients LAM avec NPM1c, l’AR augmente rapidement le taux d'expression basal de PML, via l'inhibition de Pin-1, et avant la dégradation de la NPM1c. l’induction de PML par l’AR conduit à la stabilisation de P53 et prépare pour la reformation des CN par l'ATO, pour induire par la suite une hyper-activation de P53. En outre, l’association AR/ATO induit des réponses dépendantes de PML, associées à l'activation de P53 in vivo dans les souris xénogreffées avec des cellules LAM NPM1c. D’une manière très importante, l’association AR/ATO a induit une rémission complète, quoique transitoire, chez un patient LAM avec NPM1c démontrant l’efficacité clinique de cette association. Nous démontrons également que la dégradation de NPM1c induite par l'ATO se produit par le biais de la voie PML/ SUMO/RNF4/Protéasome, qui coopère avec une ubiquitination directe induite par l’AR. Nos études identifient un parallélisme flagrant avec la leucémie aiguë promyélocytaire, et ouvrent des horizons pour les applications cliniques de thérapies ciblées contre les LAM avec NPM1c. De plus, l'activation de Pin-1 et la perte de PML dans plusieurs types de tumeurs suggèrent qu’au-delà des LAM avec NPM1c, l'axe AR/ATO/Pin-1/PML/P53 pourrait être plus largement exploité au niveau thérapeutique, surtout dans les tumeurs malignes sensibles à l’association AR/ATO
Acute myeloid leukemia (AML) is a genetically heterogeneous disease. Despite improvements in understanding the biology of AML, survival rates remain quite low. Prognosis of AML patients largely depends on acquired cytogenetic and molecular abnormalities. Nucleophosmin-1 (NPM1) is an essential gene encoding for a nucleocytoplasmic shuttling protein mainly localized to the nucleolus. Among several functions, NPM1 plays major roles in stabilization of the p14ARF tumor suppressor protein, regulation of ribosome biogenesis, control of centrosome duplication, response to stress stimuli and P53 activation. NPM1 is one of the most frequently mutated genes in AML accounting for around one third of patients (NPM1c AML). In mutant NPM1c proteins, critical tryptophan residues in the C-terminus are lost and a de novo nuclear export signal is created. This leads to ectopic and aberrant accumulation of NPM1c, along with normal NPM1, in the cytoplasm of AML blasts, thus playing a major role in leukemogenesis. The promyelocytic leukemia protein (PML) tumor suppressor organizes nuclear bodies (NB) domains that control proteolysis and P53-driven senescence. PML NBs are disorganized in NPM1c AML. Retinoic acid (RA), a hormone favoring differentiation of myeloid cells, increases survival of chemotherapy-treated NPM1c AMLs. We and others previously reported that RA and Arsenic trioxide (ATO) synergize to induce NPM1c degradation and to inhibit growth and induce apoptosis of NPM1c cells. Importantly, combined RA/ATO treatment significantly reduced bone marrow blasts in some NPM1c AML patients and restored the subnuclear localization of both NPM1 and PML. The main objective of the current work was to unravel the biochemical pathways driving NPM1c catabolism and to elucidate the molecular mechanisms of RA/ATO anti-leukemic activities. We demonstrate that PML is required for RA/ATO-induced NPM1c degradation. In primary NPM1c-AML blasts, RA rapidly upregulates the initial low basal PML expression through Pin-1 inhibition prior to NPM1c clearance. This RA-induced PML stabilizes P53 and primes blasts for ATO-driven nuclear body reformation, yielding hyper-activation of P53. RA/ATO combination elicits PML-dependent responses, associated with in vivo P53 activation in NPM1c AML xenografts. Importantly, RA/ATO-initiated a transient complete remission in a NPM1c-AML patient demonstrating clinical relevance of this combination. We also demonstrate that ATO-driven NPM1c degradation happens via the PML/SUMO/RNF4/Proteasome pathway, which cooperates with direct RA-induced ubiquitination. By establishing the mechanisms underlying RA and ATO sensitivity of NPM1c AMLs, our studies identify a striking parallelism with APL, paving the way to the crafting of curative targeted therapies in this category of AML patients

La phosphorylation constitue un mécanisme de régulation de la fonction biologique des protéines lié au contrôle des associations inter-moléculaires, de l'activité enzymatique ou de la liaison de ligands. L'isomérisation des liaisons Ser/Thr-Pro après phosphorylation par des kinases spécifiques, souvent impliquées dans le contrôle du cycle cellulaire, se présente comme un nouveau mode de régulation. Ces deux mécanismes de signalisation sont étroitement liés par l'intermédiaire d'enzymes catalysant l'isomérisation cis/trans des prolines au niveau de motifs Ser/Thr-Pro phosphorylés telles que les peptidyl-prolyl cis/trans isomérases de la famille de Pin1. Elles jouent un rôle cellulaire essentiel mais leur rôle moléculaire exact est encore mal connu. Les interactions moléculaires entre Pin1 et de nombreuses phospho-protéines mitotiques indiquent un rôle dans la régulation du cycle cellulaire et dans l'oncogénèse, et font de Pin1 une cible pharmacologique émergente dans le traitement des cancers. Récemment, des interactions avec la protéine microtubulaire Tau dans sa forme pathologique hyperphosphorylée, au niveau d'un site unique centré autour du motif Thr231-Pro232, pourraient impliquer Pin1 dans la régulation de la liaison de Tau aux microtubules et dans les phénomènes de neurodégénérescence observés dans la maladie d'Alzheimer.

Nous avons ciblé les interactions entre Pin1 et la protéine Tau comme modèle de substrats pour une étude détaillée des mécanismes intervenant à l'échelle moléculaire, sur base de substrats peptidiques, qui permettraient d'expliquer le rôle fonctionnel de Pin1. L'interaction avec les substrats au travers des motifs Ser/Thr-Pro phosphorylés est double : un domaine de liaison WW permet la liaison du substrat et un domaine catalytique PPIase (peptidyl-prolyl isomérase) catalyse l'isomérisation cis/trans des prolines. Un criblage par RMN des différents motifs phospho-Ser/Thr-Pro au sein de la protéine Tau a permis de déterminer un nouveau site d'interaction centré autour du motif Thr212-Pro213, phosphorylé uniquement dans la forme pathologique de Tau.

Nous avons étendu l'investigation des interactions avec Pin1 à l'échelle de la protéine Tau entière. Comme pour la plupart des régions protéiques impliquées dans les interactions avec Pin1, la protéine Tau se caractérise par une absence de structure globale qui limite considérablement les études par RMN. Un fragment peptidique de 40 acides aminés comprenant les sites Thr231 et Thr212 phosphorylés a permis de montrer un rôle régulateur du domaine WW dans l'activité enzymatique. Une première étude avec une protéine mutante mimant l'état phosphorylé de Tau a montré une interaction avec le domaine catalytique de Pin1 et a nécessité la mise au point préalable d'une technique d'attribution de la protéine Tau par RMN que nous avons appelé « mapping peptidique ».

La phosphorylation du domaine WW de Pin1 est associée à l'inhibition de la liaison des substrats et joue un rôle dans la régulation de l'activité de Pin1 in vivo. La forme non phosphorylée active de Pin1 est retrouvée majoritairement dans les cellules cancéreuses et la forme phosphorylée inactive dans les cellules saines. Nous avons envisagé de cibler les interactions entre Pin1 et les phospho-peptides avec la synthèse de molécules organiques mimant le dipeptide phosphoThr-Pro et la mise en œuvre d'un test de criblage par RMN pour l'obtention d'inhibiteurs ciblant le domaine WW de Pin1 qui pourraient mimer la forme inactive de la protéine.

Xu, Meng.
Thesis (Ph.D.)--Chinese University of Hong Kong, 2013.
Includes bibliographical references (leaves 112-129).
Electronic reproduction. Hong Kong : Chinese University of Hong Kong, [2012] System requirements: Adobe Acrobat Reader. Available via World Wide Web.
Abstract also in Chinese.

Many members of the Phylum Cnidaria are mutualistic with unicellular dinoflagellates belonging to the genus Symbiodinium. Corals are the most widely recognized example of these associations due to their key ecological importance in coral reef ecosystems where they serve as the structural and trophic foundation of these rich ecosystems. Coral reefs are severely threatened by human activities worldwide and are at great risk from global climate change, in particular the increase in seasurface temperatures. Detailed knowledge of how corals respond to stress is scarce. The most serious and immediate response of corals to environmental stress is a process referred to as coral bleaching (a.k.a. cnidarian bleaching). Nevertheless, the cellular and molecular processes by which elevated temperatures elicit the bleaching response are poorly understood. This dissertation deals with this important question by describing two mediators of cnidarian bleaching in the model symbiotic tropical sea anemone Aiptasia pallida (Verril), namely nitric oxide and cyclophilin. After an introduction to the topic of cnidarian-algal symbioses and cnidarian bleaching (Chapter 1), I present results from a study describing the involvement of nitric oxide (NO) in the anemone A. pallida (Chapter 2). Elevated temperature as well as oxidative stress induces production of NO and exposure of A. pallida to NO induces bleaching at non-stressful temperatures. Co-incubation with an NO scavenger suppresses bleaching. I propose that the host up-regulates NO production in response to elevated oxidative stress and that this situation leads to cytotoxicity and bleaching. Chapter 3 examines the role of cyclophilin from A. pallida in the regulation of the symbiosis. Cyclophilins belong to a highly conserved family peptydyl-prolyl cistrans isomerases (PPIases). Incubation of A. pallida with cyclosporin A (CsA), a potent inhibitor of cyclophilin resulted in bleaching and a decrease in tolerance to elevated temperatures. Protein extracts from A. pallida exhibited CsA-sensitive PPIase activity. Laser scanning confocal microscopy using superoxide and nitric oxide-sensitive fluorescent dyes on live A. pallida revealed that CsA strongly induced the production reactive oxygen species as well as NO. We tested weather the CsAsensitive isomerase activity is important for maintaining the activity of the antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD). SOD activity of protein extracts was not affected by pre-incubation with CsA in vitro. In Chapter 4 I review what is known about the molecular and cellular mechanisms of bleaching and describe a model of bleaching based on the results presented herein as well as studies of non-cnidarian models.
Graduation date: 2007