Detection and Functional Characterization of a 215 Amino Acid N-Terminal Extension in the Xanthomonas Type III Effector XopD

PLoS ONE, 2010, 5 (12), art. no. e15773

Joanne Canonne¹, Daniel Marino¹, Laurent D.Noël¹, Ignacio Arechaga³, Carole Pichereaux², Michel Rossignol²,Dominique Roby¹, Susana Rivas^1*

1 Laboratoire des Interactions Plantes Micro-organismes (LIPM), UMR CNRS-INRA 2594/441, Castanet Tolosan, France, 2 Institut Fédératif de Recherche (IFR40), Plateforme protéomique Génopole Toulouse Midi-Pyrénées, Institut de Pharmacologie et Biologie Structurale, Université de Toulouse, Toulouse, France, 3 Departamento de Biología Molecular, Universidad de Cantabria (UC) and Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria, IBBTEC (CSIC-UC-IDICAN), Santander, Spain.

Abstract

During evolution, pathogens have developed a variety of strategies to suppress plant-triggered immunity and promote successful infection. In Gram-negative phytopathogenic bacteria, the so-called type III protein secretion system works as a molecular syringe to inject type III effectors (T3Es) into plant cells. The XopD T3E from the strain 85-10 of Xanthomonas campestris pathovar vesicatoria (Xcv) delays the onset of symptom development and alters basal defence responses to promote pathogen growth in infected tomato leaves. XopD was previously described as a modular protein that contains (i) an N-terminal DNA-binding domain (DBD), (ii) two tandemly repeated EAR (ERF-associated amphiphillic repression) motifs involved in transcriptional repression, and (iii) a C-terminal cysteine protease domain, involved in release of SUMO (small ubiquitin-like modifier) from SUMO-modified proteins. Here, we show that the XopD protein that is produced and secreted by Xcv presents an additional N-terminal extension of 215 amino acids. Closer analysis of this newly identified N-terminal domain shows a low complexity region rich in lysine, alanine and glutamic acid residues (KAE-rich) with high propensity to form coiled-coil structures that confers to XopD the ability to form dimers when expressed in E. coli. The full length XopD protein identified in this study (XopD1-760) displays stronger repression of the XopD plant target promoter PR1, as compared to the XopD version annotated in the public databases (XopD216-760). Furthermore, the N-terminal extension of XopD, which is absent in XopD216-760, is essential for XopD type III-dependent secretion and, therefore, for complementation of an Xcv mutant strain deleted from XopD in its ability to delay symptom development in tomato susceptible cultivars. The identification of the complete sequence of XopD opens new perspectives for future studies on the XopD protein and its virulence-associated functions in planta.

http://dx.doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.12.025

Electron microscopy analysis of mammalian phosphofructokinase reveals an unusual 3-dimensional structure with significant implications for enzyme function

Arechaga, I., Martínez-Costa, O.H. , Ferreras, C., Carrascosa, J.L., Aragón, J.J. FASEB Journal. 2010, 24, 12, 4960-4968.

http://dx.doi.org/10.1096/fj.10-165845

Abstract

Phosphofructokinase is a sophisticated allosteric enzyme that is fundamental for the control of glycolysis. The structure of the bacterial enzyme is well characterized. However, little is known about the structural organization of the more complex enzyme from mammals. We have obtained the structure of human muscle phosphofructokinase in the presence of fructose 6-phosphate at a resolution of 1.8 nm by electron microscopy (EM). Particles of the tetrameric enzyme corresponded to an elongated molecule (14.5×9 nm) arranged into 2 dimeric subdomains. Image analysis and 3-dimensional reconstruction showed the presence of a prominent channel in one of the dimers but not in the opposite one, revealing that they are in greatly different conformations. Fitting of bacterial structures into the EM model suggested disruption of the fructose 6-phosphate catalytic and the fructose 2,6-bisphophate allosteric sites in the cavity-containing dimer. Therefore, the reported structure might have major implications for the function of mammalian phosphofructokinase.—Arechaga, I., Martínez-Costa, O. H., Ferreras, C., Carrascosa, J. L., Aragón, J. J. Electron microscopy analysis of mammalian phosphofructokinase reveals an unusual 3-dimensional structure with significant implications for enzyme function.

Structural characterization of the TCR complex by electron microscopy

Ignacio Arechaga, Mahima Swamy, David Abia, Wolfgang A. Schamel, Balbino Alarcón and José María Valpuesta. International Inmunology. 2010, 22, 11, 897-903

http://dx.doi.org/10.1093/intimm/dxq443

Abstract

Structural information on how the TCR transmits signals upon binding of its antigen peptide MHC molecule ligand is still lacking. The ectodomains of the TCRα/β, CD3εγ and CD3εδ dimers, as well as the transmembrane domain of CD3ζ, have been characterized by X-ray crystallography and nuclear magnetic resonance (NMR). However, no structural data have been obtained for the entire TCR complex. In this study, we have purified the TCR from T cells under native conditions and used electron microscopy to derive a three-dimensional structure. The TCR complex appears as a pear-shaped structure of 180 × 120 × 65 . Furthermore, the use of mAbs has allowed to determine the orientation of the TCRα/β and CD3 subunits and to suggest a model of interactions. Interestingly, the reconstructed TCR is larger than expected for a complex with a αβγεδεζζ stoichiometry. The accommodation of a second TCRαβ to fill in the extra volume is discussed.

Diario Médico: EL MUNDO BACTERIANO ES UN HÁBITAT IDEAL PARA EL LIBRE INTERCAMBIO DE ADN

EL MUNDO BACTERIANO ES UN HÁBITAT IDEAL PARA EL LIBRE INTERCAMBIO DE ADN

Los plásmidos orientarán en la lucha contra las resistencias

En las resistencias a antibióticos hay implicadas varias rutas, que no son fáciles de conocer. Por eso es necesario saber por dónde pasan esos patógenos, que son los que provocan un aumento de la mortalidad por enfermedades infecciosas en el primer mundo.

Santiago Rego. Santander - Jueves, 11 de Noviembre de 2010

Manuel Espinosa, Mapi Garcillán y Fernando de la Cruz.

El camino adecuado para hacer frente con éxito a la cada vez mayor propagación de las resistencias a antibióticos consiste en elaborar "modelos complejos microcromosómicos para determinar cuáles son las rutas por las que esas resistencias pasan de los lugares en los que están originalmente a los patógenos humanos. Se trata de rutas múltiples, y no va a ser fácil encontrarlas, a pesar de la urgencia que existe ante el cada vez mayor aumento de mortalidad por enfermedades infecciosas en el primer mundo".

Así lo ha asegurado Fernando de la Cruz, catedrático de Genética de la Facultad de Medicina de Santander, que ha codirigido, junto a Mapi Garcillán, investigadora del Instituto de Biomedicina de Cantabria, y Manuel Espinosa, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, la II Reunión de Redeex -Red Española de Elementos Extracromosómicos-, financiada por el Ministerio de Ciencia e Innovación, para los años 2009-2011. Este grupo interuniversitario volcado en la genética y la biología molecular está compuesto por casi 30 laboratorios españoles.

• Los plásmidos son los principales protagonistas de la transferencia de ADN foráneo y adaptan su maquinaria replicativa al huésped

Para De la Cruz, la colaboración entre centros en este terreno consiste en llegar a conocer la ruta específica de los plásmidos, a fin de poder conseguir estrategias de inhibición o de represión del movimiento de la ruta, y lograr nuevos fármacos. "El mundo bacteriano es un hábitat incomparable para el libre intercambio de ADN. En ese ámbito, los plásmidos son los principales protagonistas de la transferencia de ADN foráneo, y al tiempo que esto sucede aquéllos adaptan su maquinaria replicativa al huésped, de manera que se convierten en peligrosos elementos estables".

Garcillán y Espinosa coinciden con De la Cruz en que la investigación de nuevos antimicrobianos cesó hace ya dos décadas, y apenas hay nuevos en el mercado, dado que la industria se ha volcado en las enfermedades crónicas. No obstante, aseguran que el descubrimiento en los últimos años de nuevos plásmidos en diferentes huéspedes aporta una visión más general de los mecanismos implicados en la transferencia genética horizontal. "Los plásmidos, transposones y otros elementos genéticos móviles constituyen un importante reservorio de ADN -hasta un 20 por ciento del total del material genético-, que es compartido por las bacterias de un determinado ecosistema".

A su criterio, son también excelentes modelos para estudios básicos de interacciones macromoleculares (ADN, ARN, proteínas), control de la expresión génica, replicación y reparación del ADN, correlaciones estructurales y funcionales e interacciones con el huésped (fitness, adaptación, y estabilidad genética)".

• El estudio del material genético común es importante, porque hay genes implicados en resistencias a antibióticos y su dispersión

Diferentes procesos

Asimismo, el estudio de este material genético común -el denominado horizontal gene pool- es importante, porque en él se encuentran genes implicados en procesos tales como antibiótico-resistencias y su dispersión; factores de virulencia; transferencia de ADN procariótico a células eucarióticas; rutas biosintéticas de degradación de compuestos aromáticos o de fermentación láctica, etcétera. "Esto demuestra que el horizontal gene pool tiene relevancia básica, clínica, biotecnológica y medioambiental".

El encuentro de Santander ha puesto de relieve, según Fernando de la Cruz, la gran cantidad de plásmidos descritos hasta hace un par de años. La clasificación de las diferentes familias de relaxasas codificadas por plásmidos, y que ha sido realizada por De la Cruz, Garcillán y Vicky Francia, "da una idea de la importancia de estos elementos extracromosómicos en el mundo bacteriano, y su importancia en la dispersión horizontal de los plásmidos". Existen sin duda "obvias implicaciones en salud humana y animal, y biotecnológicas".

http://infecciosas-sida.diariomedico.com/2010/11/11/area-cientifica/especialidades/infecciosas-sida/plasmidos-orientaran-en-lucha-contra-resistencias

La UC investiga la producción de biodiesel y bioetanol

Gabriel Moncalián Montes, profesor titular de Genética en la Universidad de Cantabria e investigador del Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria, conduce actualmente dos investigaciones de alto valor para el fomento de la producción y el consumo de bioetanol y de biodiesel. A partir de la modificación genética de diversos componentes, este químico estudia la forma de optimizar la obtención de biocarburantes.

Producción de bioetanol

El proyecto BioSos, Biorefinería Sostenible, en el que participan la división de biocarburantes de Sniace, GreenSource, tiene como objetivo producir bioetanol «a partir de los licores gastados de cocción de la fábrica Celltech del Grupo Sniace», explica Moncalián.

Consiste, continúa, «en utilizar el residuo resultante de la producción de celulosa textil como sustrato para la fermentación alcohólica».

Estos licores tienen un alto contenido de azúcares, de los cuales un 75% son pentosas, mientras que a partir de las levaduras industriales sólo se puede producir etanol de forma eficiente a partir de hexosas. La investigación que realiza Moncalián persigue «modificar genéticamente y adaptar las levaduras para que fermenten esas pentosas y producir bioetanol».

Para el desarrollo de este estudio, se ha habilitado un nuevo laboratorio en las instalaciones de Sniace en Torrelavega y, actualmente, hay dos investigadores trabajando en esta investigación. El proyecto BioSos está liderado por Abengoa Bioenergía Nuevas Tecnologías S.A. e integrado en el programa de Consorcios Estratégicos Nacionales en Investigación Técnica, Cenit-e. Además, está subvencionado por Cdti y apoyado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.

Aceite en bacterias

Por otra parte, Moncalián dirige en la UC un proyecto para el estudio y la modificación de la síntesis de triglicéridos en bacterias. La base de esta investigación es la «modificación genética de la ruta de producción de aceite que presentan determinadas bacterias, lo que permitirá obtener aceites 'a la carta', bien para la posterior producción de biodiesel o para producir aceites nutraceuticos», expone Moncalián.

Además, el conocimiento detallado del proceso de formación de triglicéridos en bacterias permitirá incrementar la producción de aceite en otros microorganismos.

En esta dirección, el investigador de la UC colabora actualmente con el catedrático de Genética de la institución cántabra Fernando de la Cruz, en la optimización de la producción de aceite en cianobacterias. «La modificación genética de éstas permitirá producir biodiesel de nueva generación ya que, con la luz solar, transformarán directamente el CO2 de la atmósfera en aceite y no competirá con la producción de aceite vegetal para consumo humano», apunta Moncalián.

http://www.eldiariomontanes.es/v/20101017/economia/innova-cantabria/investiga-produccion-biodiesel-bioetanol-20101017.html

Biocarburantes en Cantabria

Sniace contará con una planta de producción de bioetanol en Torrelavega que estará operativa en 2013

Gabriel Moncalián, profesor de la UC e investigador del IBBTEC, explica que el uso de los biocarburantes va a permitir que «la energía para el transporte pueda ser producida por cada país consumidor, asegurando el suministro de carburantes y, al mismo tiempo, favoreciendo el desarrollo rural».

Además, prosigue, «tienen, a priori, una emisión neutra de gases de efecto invernadero, ya que el CO2 emitido en la combustión de los biocarburantes es el mismo que captan las plantas para producir los azúcares o el aceite».

Estas son las ventajas que actualmente presenta el uso de biocombustibles, pero como en cualquier moneda, existe una cara y una cruz. En este caso, la cruz toma la forma de retos, de inconvenientes a los que hay que dar solución.

Información completa:

http://www.eldiariomontanes.es/v/20101017/economia/innova-cantabria/biocarburantes-cantabria-20101017.html

Presentation of DNA 2.0 Portfolio

DNA2.0 Unlocks the Secrets of Optimized Gene Design

Breakthrough research by DNA2.0 has identified the design principles by which codons are used to maximize protein expression. The research (funded by NSF) has produced a set of design algorithms that reliably offers maximized expression yields for heterologous gene expression.

http://www.dna20.com/

Intergenomics Group. Molecular Biology Department. Universidad de Cantabria & Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC)

Workshop of Molecular Biology 2010

Workshop of Molecular Biology 2010
Aula 3, Facultad de Medicina, Universidad de Cantabria.
Final Program

Monday, September 27.
Dr. Philippe Marliere. President of the Scientific Advisory Board, Global Bioenergies, Evry, France.
“Automated evolution of micro-organisms and their genomes”

Tuesday, September 28.
Dr. Vladimir Kaberdin. Ikerbasque Research Professor. Dpto. de Inmunología, Microbiología y Parasitología, Fac. Ciencia y Tecnología, Universidad del País Vasco.
"Control of gene expression by riboregulators".

Wednesday, September 29.
Dr. Gabriel Moncalián. Prof. Titular de la UC.
Biotechnology for next generation fuels: Will biofuels be the solution for the energy crisis?

Thursday, September 30.
Dr. Andrés Moya. Prof. of Genetics. Instituto Cavanilles para la Biodiversidad y la Biología Evolutiva, Universidad de Valencia.
“Learning from minimal natural cells”

Friday, October 1.
Dr. Eva Yus. Centre for Genome Regulation, Barcelona.
"Sistems Biology of Microbial Metabolism"

Monday, October 4.
Dr. Victor de Lorenzo. Profesor de Investigación del CSIC. Environmental Microbiology Laboratory. Centro Nacional de Biotecnología, Madrid.
“Engineering bacteria for the Environment: from Genetic Engineering to Synthetic Biology”

Tuesday, October 5.
Dr. Jesús Sainz. Científico titular del CSIC. Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria (IBBTEC), Santander.
“Genomics: Applications to Human Disease”

Wednesday, October 6.
Dr. Kepa Ruiz-Mirazo. Ramón y Cajal Fellow. Departamento de Lógica y Filosofía de la Ciencia, Universidad del País Vasco.

1) “Molecular and systemic perspectives on life and its origins”
2) “From vesicles to protocells: early steps towards living systems”

Thursday, October 7.
Dr. Luis Vielva. Prof Titular. Grupo de Tratamiento Avanzado de Señal. Dpto Ingeniería de Comunicaciones. Universidad de Cantabria.
“A physicist approach to biological regulation”

Friday, October 8.
Dr. Antonio Juarez. Catedrático de Microbiología. Universidad Central de Barcelona.
“Biotechnology of lactic acid bacteria”

Innova Cantabria - Crecimiento del IBBTEC

En el caso del Instituto de Biomedicina y Biotecnología, los grupos que lo componen responden a una selección realizada a nivel internacional, por lo que «ya tienen una calidad contrastada», señala el vicerrector de la UC. Están desarrollando proyectos de farmacología, biología del desarrollo, biología molecular, bioquímica y temas relacionados con diversas enfermedades, entre otros. Su instalación en el Pctcán supondrá, según Gómez Sal, «la eclosión de toda su capacidad».

http://www.innovacantabria.com/component/content/article/44-noticias-innova-cantabria/2893-crecimiento-del-ibbtec

REDEEX

Los últimos avances en biología y genómica se abordan en la reunión REDEEX, organizada por la UC

La ETSIIT acoge este encuentro científico centrado en los elementos genéticos móviles

La Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación de la Universidad de Cantabria acoge entre hoy, lunes, y mañana, martes, la segunda reunión de REDEEX, grupo interuniversitario de investigación que trabaja en el campo de la biología molecular y la genómica. La cita comenzará esta tarde, a las 16.30 horas, en la sala de grados del centro (campus de Las Llamas, Santander), con una introducción a cargo de los organizadores: el catedrático de Genética Fernando de la Cruz (Departamento de Biología Molecular de la UC) y los investigadores Mapi Garcillán (Instituto de Biomedicina y Biotecnología de Cantabria - IBBTEC) y Manuel Espinosa (CSIC).

Científicos de diversas universidades y centros de I+D+i españoles participarán en el encuentro, que abordará los últimos avances y retos de la biología de EGMs (elementos genéticos móviles), con el objetivo de actualizar conocimientos y favorecer la colaboración entre laboratorios que tengan intereses similares o complementarios. La reunión promoverá el debate de aspectos básicos relacionados con la propagación de las resistencias a antibióticos, la adaptación de los microorganismos a distintos ambientes ecológicos y el uso de elementos móviles con fines biotecnológicos.

El programa incluye una conferencia invitada prevista para esta tarde, a las 17 horas. Fernando Rojo, del Centro Nacional de Biotecnología, disertará sobre la integración de rutas metabólicas en redes de regulación global. A continuación se celebrarán cuatro sesiones científicas con los siguientes temas: “Replicación y estabilidad de plásmidos”, “Dispersión de EGMs: conjugación, transformación y transducción”, “Ecología, epidemiología y sistemática de EGMs” y “Plásmidos en acción: mecanismos, regulación génica, biología de sistemas, biotecnología…”.

Por último, Fernando de la Cruz y Manuel Espinosa expondrán las conclusiones del foro y abrirán el debate sobre nuevas ideas para la próxima reunión REDEEX. El evento de Santander ha estado financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y por la Consejería de Educación del Gobierno de Cantabria.

http://www.redeex.unican.es/