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Green synthesis of precise inorganic nanomaterials is a major challenge. Magnetotactic bacteria biomineralise magnetite nanoparticles (MNPs) within membrane vesicles (magnetosomes), which are embedded with dedicated proteins that control nanocrystal formation. Some such proteins are used in vitro to control MNP formation in green synthesis; however, these membrane proteins self-aggregate, making their production and use in vitro challenging and difficult to scale. Here, we provide an alternative solution by displaying active loops from biomineralisation proteins Mms13 and MmsF on stem-loop coiled-coil scaffold proteins (Mms13cc/MmsFcc). These artificial biomineralisation proteins form soluble, stable alpha-helical hairpin monomers, and MmsFcc successfully controls the formation of MNP when added to magnetite synthesis, regulating synthesis comparably to native MmsF. This study demonstrates how displaying active loops from membrane proteins on coiled-coil scaffolds removes membrane protein solubility issues, while retains activity, enabling a generic approach to readily-expressible, versatile, artificial membrane proteins for more accessible study and exploitation. Proteins have been used in the synthesis of magnetic nanoparticles but issues with aggregation limit this application. Here, the authors report on the synthesis of coiled proteins that display the active loop of the natural proteins to avoid aggregation and investigate the application in nanoparticle synthesis.

The biomineralization protein Mms6 has been shown to be a major player in the formation of magnetic nanoparticles both within the magnetosomes of magnetotactic bacteria and as an additive in synthetic magnetite precipitation assays. Previous studies have highlighted the ferric iron binding capability of the protein and this activity is thought to be crucial to its mineralizing properties. To understand how this protein binds ferric ions we have prepared a series of single amino acid substitutions within the C-terminal binding region of Mms6 and have used a ferric binding assay to probe the binding site at the level of individual residues which has pinpointed the key residues of E44, E50 and R55 involved in Mms6 ferric binding. No aspartic residues bound ferric ions. A nanoplasmonic sensing experiment was used to investigate the unstable EER44, 50,55AAA triple mutant in comparison to native Mms6. This suggests a difference in interaction with iron ions between the two and potential changes to the surface precipitation of iron oxide when the pH is increased. All-atom simulations suggest that disruptive mutations do not fundamentally alter the conformational preferences of the ferric binding region. Instead, disruption of these residues appears to impede a sequence-specific motif in the C-terminus critical to ferric ion binding.

Although lysyl oxidase-like 1 ( LOXL1 ) is known as the principal genetic risk factor for pseudoexfoliation (PEX) syndrome, a major cause of glaucoma and cardiovascular complications, no functional variants have been identified to date. Here, we conduct a genome-wide association scan on 771 German PEX patients and 1,350 controls, followed by independent testing of associated variants in Italian and Japanese data sets. We focus on a 3.5-kb four-component polymorphic locus positioned spanning introns 1 and 2 of LOXL1 with enhancer-like chromatin features. We find that the rs11638944:C>G transversion exerts a cis -acting effect on the expression levels of LOXL1 , mediated by differential binding of the transcription factor RXRα (retinoid X receptor alpha) and by modulating alternative splicing of LOXL1 , eventually leading to reduced levels of LOXL1 mRNA in cells and tissues of risk allele carriers. These findings uncover a functional mechanism by which common noncoding variants influence LOXL1 expression. LOXL1 is a genetic risk factor for pseudoexfoliation syndrome of the eye but a causal variant has not been identified. Here, Pasutto et al ., find intronic LOXL1 risk variants influence transcription factor binding and alternative splicing of LOXL1 in affected tissues reducing levels of LOXL1 mRNA.

Hintergrund.Das Pseudoexfoliations (PEX)-Syndrom ist weltweit die häufigste identifizierbare Ursache für ein chronisches Offenwinkelglaukom (PEX-Glaukom). Pathophysiologisch liegt beim PEX-Syndrom eine alters-assoziierte, generalisierte Störung der extrazellulären Matrixsynthese vor, die durch vermehrte Produktion und progressive Akkumulation eines abnormalen extrazellulären Materials (PEX-Material) in intra- und extraokulären Geweben charakterisiert ist. Die Blockade der Kammerwasserabflusswege mit fibrillären PEX-Ablagerungen führt zur Erhöhung des Augeninnendrucks und in der Folge zu einer glaukomatösen Sehnervenschädigung. Die typischen PEX-Fibrillen bestehen hauptsächlich aus elastischen Faserkompnenten, wie Tropoelastin, Fibrillin1, Fibuline und Latenttransforming growth factor beta-Bindeproteine (LTBPs) sowie dem quervernetzenden Matrixenzym Lysyloxidase-like 1 (LOXL1), und werden offensichtlich von verschiedenen epithelialen, endothelialen und mesenchymalen Zelltypen (z.B. Trabekelendothel und Fibroblasten) im Rahmen einer aktiven Fibrillogenese produziert.Obwohl die zugrundeliegende Ätiologie komplex ist und die molekularen Ursachen noch nicht vollständig geklärt sind, scheint dieser fibrotische Prozess aus dem Zusammenspiel genetischer und nicht-genetischer Faktoren zu resultieren. Genomweite Assoziationsstudien konnten das LOXL1-Gen als wichtigsten genetischen Risikofaktor für die Entwicklung eines PEX-Syndroms/Glaukoms in allen geographischen Populationen weltweit identifizieren. LOXL1 ist ein Mitglied der Enzymfamilie der Lysyloxidasen, die entscheidend an der Quervernetzung und Stabilisierung von Kollagen- und elastischen Fasern im Bindegewebe beteiligt sind. LOXL1 ist insbesondere für die Quervernetzung von Tropoelastin zu Elastin und damit für Bildung, Stabilisierung und Umbau elastischer Fasern verantwortlich, was sich gut mit dem Pathogenese-Konzept des PEX-Syndroms als fibrotisch-elastotischer Erkrankung vereinbaren lässt. Eine dysregulierte Expression und/oder Aktivität von LOXL1 wurde sowohl bei fibrotischen als auch elastotisch-degenerativen Bindegewebserkrankungen, wie beispielsweise Aortenaneurysmen und Deszensus genitalis, beschrieben, die auch häufig in Assoziation mit einem PEX-Syndrom vorkommen. Gewebsspezifisch veränderte Expressionsstärken von LOXL1 scheinen auch entscheidend an der Pathogenese des PEX-Syndroms beteiligt zu sein. So konnten Studien zeigen, dass eine erhöhte Expression von LOXL1 einerseits an der Bildung und Aggregation des PEX-Materials beteiligt ist, eine verminderte Expression andererseits auch elastotisch-degenerative Veränderungen in elastischen Bindegeweben bedingen kann. Die Entschlüsselung der Regulationsmechanismen von LOXL1 bildet daher eine wesentliche Voraussetzung zum Verständnis der Pathobiologie der Erkrankung. Aufgrund der niedrigen Penetranz der assoziierten LOXL1-Risikovarianten und der komplexen Natur der Erkrankung wird jedoch postuliert, dass neben LOXL1 noch weitere ko-modulierende Faktoren an der Manifestation eines PEX-Syndroms beteiligt sein müssen.