Análise de uma heme oxigenase funcional em Trypanosoma cruzi

O Trypanosoma cruzi é o agente etiológico da doença de Chagas, transmitida através de insetos vetores triatomíneos durante a alimentação no hospedeiro vertebrado. Os triatomíneos ingerem numa única alimentação cerca de 10 mM de heme ligado à hemoglobina. O heme é uma importante molécula no metabolismo dos organismos. Um mecanismo intracelular importante no controle de sua homeostase é a degradação enzimática pela Heme Oxigenase (HO) formando biliverdina (Bv), monóxido de carbono e ferro. Como esta enzima não está presente no genoma de T. cruzi, esse trabalho tem por objetivo identificar uma atividade funcional de HO neste parasito, uma vez que dados do nosso laboratório mostram a presença de biliverdina nas incubações dessas células com heme. No presente trabalho testamos o efeito do SnPPIX (inibidor da HO-1), CoPPIX (indutor da HO-1) e Bv sobre a proliferação da forma epimastigota do parasito. A adição de SnPPIX diminuiu a proliferação do parasito na tanto na ausência quanto na presença de heme. Quando a Bv foi adicionada à cultura esse efeito foi revertido; a Bv aumenta a proliferação celular na presença de heme. Por outro lado, a adição de CoPPIX não interferiu na proliferação. Posteriormente, mostramos através da técnica de immunoblotting, utilizando anticorpo monoclonal contra a HO-1, um aumento da expressão de uma proteína em resposta ao heme. Diferentemente das HO-1 já descritas que possuem massa molecular de 32 kDa, a única banda reconhecida pelo anticorpo apresenta 45 kDa. Analisamos também a expressão da HO-1 na presença de CoPPIX, SnPPIX e biliverdina, e somente o CoPPIX foi capaz de modular os níveis de expressão da HO-1. A análise estrutural através da técnica de imunocitoquímica mostrou uma maior expressão da enzima na presença de heme, e que a HO-1 de T. cruzi pode ter mais de uma localização, apresentando marcação citoplasmática e glicossomal. A fim de investigar a sequência da HO-1 de T. cruzi, o DNA genômico foi extraído para amplificação por PCR do gene da HO-1 utilizando oligonucleotídeos desenhados no genoma de T. cruzi. Os dois pares de oligonucleotídeos utilizados nao foram capazes de amplificar uma sequência equivalente a uma HO. Em seguida, utilizamos a técnica de imunoprecipitação, seguida de immunoblotting, com anticorpo anti-HO-1, com objetivo de concentrar a proteína alvo, e observamos um aumento significativo do imunocomplexo nas células tratadas com heme 300 mM, cerca de 2 vezes em relação ao controle. Dando seguimento à tentativa de identificação da HO-1 de T. cruzi, utilizamos a técnica de espectrometria de massa a partir de eletroforese unidimensional, que mostrou uma grande alteração do perfil protéico na presença de heme, mas futuros experimentos são necessários, como eletroforese 2D, para a identificação da proteína alvo

O envolvimento do marcador inflamatório Heme Oxigenêse-1 na carciinogênese experimental de esôfago

Sabe-se que o refluxo crônico pode induzir lesão mucosa, estimular a proliferação de células e promover tumorigênese no esôfago distal. Ainda não é sabido por que apenas uma parcela dos pacientes com refluxo esofágico progrediram para uma metaplasia intestinal (Esôfago de Barrett) e adenocarcinoma. O estresse oxidativo parece exercer um papel importante nessa progressão . Assim sendo, examinamos o padrão de expressão da enzima Heme Oxigenase-1 (HO-1), enzima indutora do estresse oxidativo, em peças de esôfago obtidos de um estudo experimental com ratos que avaliou o papel do refluxo gástrico e duodenoesofágico na carcinogênese esofágica. Métodos: Uma amostra de três (3) peças de esôfago de cada grupo de ratos submetidos a tratamentos diferentes tiveram a expressão da enzima Heme Oxigenase-1 avaliada através de imunohistoquímica. Os ratos foram divididos nos seguintes grupos: (1) cardioplastia para induzir refluxo predominantemente gástrico, (2) anastomose esofagoduodenal para induzir refluxo duodenal, (3) sem tratamento, (4) cardioplastia+dietilnitrosamina (DEN), (5) anastomose esofagoduodenal +DEN, (6) DEN. Resultados: Não houve desenvolvimento de câncer ou metaplasia intestinal nos animais que não foram expostos ao refluxo de conteúdo duodenal. A expressão de HO-1 foi observada apenas em ratos submetidos à anastomose esofagoduodenal (Grupos 2 e 5) e a análise da média de intensidade de fluorescência demonstrou uma diferença significante de expressão de HO-1 (4,8 e 4,6 vezes respectivamente) comparando-se ao controle (Grupo 3) (p<0,05). O alvo principal para expressão da HO-1 foram as células inflamatórias dentro do tumor ou em áreas subepiteleiais. Os ratos expostos ao refluxo gástrico não desenvolveram tumores ou expressaram a HO-1. Conclusões: A esofagite de refluxo induzida por refluxo esofágico com conteúdo duodenal provocou estresse oxidativo considerável e pode desempenhar um papel importante na carcinogênese esofágica. O refluxo gástrico não foi suficiente para induzir estresse oxidativo neste modelo experimental.

Modulação da ativação de monócitos por lipoxinas

Lipoxinas (LXs) são metabólitos do ácido araquidônico com reconhecidas atividades antiinflamatórias e pró-resolução. Apesar do grande número de trabalhos publicados descrevendo o papel das LXs e seus análogos em leucócitos e outros tipos celulares envolvidos em doenças inflamatórias, pouco é sabido a respeito dos mecanismos de ação que desencadeiam estas respostas. Neste trabalho investigamos o papel do 15-epi-16-(para-flúor)-fenoxi-lipoxina A4 (ATL-1), um análogo sintético da 15-epi-lipoxina A4, sobre diversos processos de ativação de monócitos. Caracterizamos, pela primeira vez, o receptor da lipoxina A4 (ALX) na linhagem monocítica U937, através da avaliação de sua expressão gênica e protéica e de sua funcionalidade analisando a ativação de ERK-2, o que torna esta célula uma ferramenta apta para estudo dos mecanismos de ação das LXs e seus análogos sobre os monócitos. Além disso, demonstramos que o ATL-1 aumenta a expressão da enzima heme oxigenase (HO) -1 em células U937 via ativação da p38 MAP quinase (MAPK) e diminui a secreção da Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1), uma quimiocina envolvida com o recrutamento de monócitos para o foco inflamatório, em células U937 estimuladas com LPS. A inibição da secreção de MCP-1 foi revertida pela utilização do SB203580, sugerindo que este efeito é dependente da ativação da via p38 MAPK. O presente estudo elucida alguns dos mecanismos envolvidos na ativação de monócitos pelas lipoxinas que podem levar a novas abordagens para o controle de diversas doenças nas quais o componente inflamatório é importante

Modulação redox da homeostase de células musculares lisas através de estimuladores do sistema NADPH oxidase

As doenças cardiovasculares representam a principal causa de morte nos países ocidentais. Dentre essas doenças, a aterosclerose é que mais se destaca, sendo caracterizada pelo acúmulo de células musculares lisas vasculares (CMLV). O efeito patológico das CMLV em resposta a diferentes estímulos pode acarretar em disfunções nestas células. É notável que a aterosclerose ocorra principalmente em vasos sinuosos onde ocorre um forte turbilhonamento do fluxo sanguíneo, que pode acarretar em hemólise e, consequentemente, acúmulo de heme livre. Além disso, no processo de aterogênese as moléculas de adesão, principalmente integrinas, são de crucial importância durante a resposta de CMLV. Nesse trabalho nosso objetivo inicial foi avaliar o efeito do heme livre nas funções de CMLV, bem como os mecanismos moleculares por trás desses efeitos. Em uma segunda parte, investigamos o envolvimento da integrina α1ß1 no efeito da Angiotensina II (Ang II) em CMLV. Nós observamos que o heme livre é capaz de induzir a proliferação e migração de CMLV via espécies reativas de oxigênio (ERO) provenientes da NADPHoxidase (NADPHox). Adicionalmente vimos que o heme ativa vias de sinalização redox-sensíveis relacionadas à proliferação celular, como MAPKinases e o fator de transcrição NFκB. Também observamos que há uma ligação entre a NADPHox e o sistema heme oxigenase (HO), uma vez que o heme induz a expressão de HO-1 e o pré-tratamento das CMLV com inibidores de HO levam ao aumento tanto o efeito proliferação quanto a indução de ERO promovidas pelo heme. Além disso, vimos que o efeito contra-regulatório promovido pela HO ocorre devido as metabolites do heme: biliverdina, bilirrubina e monóxido de carbono. Por último, quando bloqueamos tanto a NADPHox quanto o sistema HO o heme não teve efeito algum na proliferação de CMLV. Em um segundo estudo, observamos que o efeito da Ang II sobre a migração de CMLV foi inibido quando as células foram pré-tratadas com o ligante da integrina α1ß1, a desintegrina Obtustatina. A seguir observamos que o efeito da Ang II na ativação de FAK e na colocalização actina-ILK é dependente da integrina α1ß1, que possivelmente ativa PKCα, uma vez que vimos que a produção de ERO induzida por Ang II foi inibida pela Obtustatina. Vimos que a indução da expressão de ILK por Ang II em CMLV é dependente da integrina α1ß1 e também observamos que a Obtustatina inibibiu o desacoplamento de ILK da FAK, uma vez que a Obtustatina bloqueou a fosforilação de FAK induzida por Ang II (processo crucial para o desacoplamento da ILK). Nós também observamos que a Ang II induz, via integrina α1ß1, a fosforilação de AKT e a diminuição da expressão de p21, provavelmente via ILK. Corroborando estes dados, nós mostramos que o pré-tratamento com Obtustatina induziu um estacionamento na fase G0 e diminuição da proliferação de CMLV tratadas com Ang II. Portanto, mostramos nesse trabalho que o heme livre induz a ativação de CML via NADPHox, que é elegantemente contra-regulado pelo sistema HO. Além disso, sugerimos que a integrina α1ß1 pode ser um importante alvo molecular para o desenvolvimento de intervenções mais efetivas para a aterosclerose.

A lesão de isquémia/reperfusão em transplante hepático: análise genética, morfológica e correlação clínica

RESUMO: O transplante hepático ortotópico é uma terapêutica aceite para casos selecionados de falência hepática terminal. O procedimento tem-­‐se aperfeiçoado, evidenciado pelo aumento da taxa de sobrevida de 30 para 75% aos 5 anos, mas cerca de 13 a 27% dos enxertos desenvolve falência primária (PNF) ou disfunção primária (DF) após o transplante. As consequências são devastadoras para a sobrevida do doente e do enxerto. A sua etiologia é multifactorial, incluindo factores relacionados com o dador e o receptor, tempos de isquémia, agressões cirúrgicas, bem como características anatomopatológicas do enxerto. A lesão de isquémia/reperfusão mantem-­‐se como um factor de risco intra operatório, com implicações directas sobre toda a evolução do transplante : existe uma relação íntima entre a PNF e a DF, a preservação do enxerto, a lesão de isquémia/reperfusão, e a falência do transplante. Além disso, está comprovada evidência que sugere que a lesão de I/R torna um aloenxerto mais vulnerável por aumento da imunogenicidade, aumentando a probabilidade de episódios de rejeição precoce e tardia. Com base na prática clínica quotidiana do CHBPT HCC, estudaram-­‐se 54 casos de transplante hepático, agrupados segundo grupos por alocação do enxerto respectivo: Grupo 1(n=27): dador cadáver para receptor cirrótico, Grupo 2 (n=15): dador cadáver para receptor PAF, Grupo 3 (n=12): dador PAF para receptor cirrótico. Observaram-­‐se as alterações histológicas e moleculares sobre o enxerto até ao final da operação do receptor, e as suas consequências clínicas,avaliando: -­‐ As diferentes capacidades de resistência e cada enxerto à lesão de isquémia/reperfusão. -­‐ As situações em que os factores do receptor se sobrepõem às do enxerto na definição do prognóstico, e vice versa. -­‐ A relevância das lesões histológicas e moleculares precoces no tecido hepático na evolução do enxerto e do receptor. Foram colhidas biópsias por agulha dos 54 enxertos hepáticos,42 provenientes de cadáver com coração batente(morte cerebral) e 12 provenientes de dador vivo com PAF, em três tempos diferentes do processo de colheita e transplante hepático: ­‐ A primeira(T0)antes da clampagem da aorta do dador -­‐ A segunda (T1) no final da isquémia fria -­‐ A terceira (T2) após a reperfusão do enxerto, durante o encerramento da parede abdominal. A estas amostras foi extraído RNA total, convertido em cDNA por transcrição reversa e feita a análise da expressão dos genes da CTLA4, IL-­‐1β, IL-­‐4, IL-­‐6, IL-­‐13, TNF-­‐α, Perforina, Selectina, (SELE), Fas-­‐ligando, Granzima-­‐B, Heme-­‐Oxigenase 1(HO1)e Óxido Nítrico Sintetase(iNOS2A)por PCR quantitativo segundo o método do Ct comparativo, utilizando como referência a expressão dos genes da amostra não-­‐isquémica –T0. Os fragmentos de todas as biópsias foram seccionados, para envio de amostra comparativa para processamento histológico habitual, sem qualquer alteração ao protocolo seguido habitualmente na Unidade de Transplantação do Hospital Curry Cabral. A presença de alguns parâmetros histológicos definidos, como esteatose, necrose, vacuolização, congestão sinusoidal e infiltração neutrofílica, foi registada e contabilizada numa classificação numérica. O seguimento clínico e laboratorial, bem como o acompanhamento de eventuais complicações, foi registado e correlacionado com os dados das colheitas de órgãos e com os dados das biópsias. Foram consideradas as seguintes variáveis, como as mais relevantes e objectivas para a interpretação da evolução clínica, tendo sido comparadas estatisticamente com os dados recolhidos, laboratoriais e clínicos: disfunção do enxerto, 207 pós operatórias, número de internamentos igual ou superior a 2 e rejeição crónica e/ou morte do receptor. Foram identificadas características clínicas menos favoráveis, a considerar, nalgumas circunstâncias: género feminino do receptor (sobretudo associado a enxerto masculino, p=0,077), isquémia fria superior a 500 minutos (p=0,074), isquémia quente superior a 90 minutos (p=0,099). Na análise laboratorial, distinguiram-­‐se duas características histológicas desfavoráveis e irreversíveis, como índice de mau prognóstico: a necrose e a balonização (p=0,029); no painel genético escolhido neste estudo,a expressão basal de IL-­‐1β(p=0,028), de SELE p=0,013)e de FAS-­‐L (p=0,079)relacionaram-­‐se com pior prognóstico. Algumas características protectoras intrínsecas dos enxertos só se revelaram indirectamente, como menor infiltração neutrofílica e maior expressão de HO1 e de iNOS nos enxertos PAF, não tendo sido possível provar uma interferência directa nos resultados clínicos. Não se obteve expressão mensurável de genes anti-­‐ inflamatórios nas biopsias hepáticas processadas neste estudo, como a IL13 e a I 4: assim, com a metodologia utilizada, não foi possível obter um perfil de expressão genética associado a boa evolução clínica. O perfil inverso foi sugerido apenas pela expressão basal dos 3 genes mencionados (FAS-­‐L,IL-­‐1β e SELE)no mesmo painel, com o protocolo seguido neste conjunto de 54 doentes. As características do receptor sobrepuseram-­‐se às do enxerto no caso de: -­‐ diagnóstico de PAF no receptor, que determinou uma maior predisposição para a disfunção do enxerto, o que, por sua vez, determina uma menor sobrevida. No entanto, o diagnóstico de PAF no receptor exibe uma curva de sobrevida mais favorável. -­‐ receptores com um baixo balanço de risco (BAR)definiram características favoráveis para enxertos com níveis baixos e moderados de esteatose, fazendo que esta característica, definida como um risco acrescido, não só não se manifestasse clinicamente,como parecesse um factor favorável. As características do enxerto sobrepuseram-­‐se às do receptor no caso de: -­‐ tempo de isquémia fria superior a 500 minutos -­‐ balonização, necrose, FAS-­‐L,IL-­‐1β e SELE em T0 A integração dos resultados moleculares e morfológicos com a evolução clínica, realça o papel da mobilização precoce de neutrófilos nos desempenhos menos favoráveis do enxerto hepático. -------------ABSTRACT: Orthotopic liver transplantation is na accepted therapeutic procedure for selected cases of terminal liver failure. The procedure has been improved, evidenced by the rise of survival rates from 30 to 70% at 5 years, but 13 to 27% of the liver grafts develops primary non function (PNF) or primary dysfunction (PDF) after transplantation. The consequences are devastating for the survival of the patient and of the graft. Its etiology is multifactorial, including factos related with the donor and with the recipient, ischemic times, surgical aggressions, as well as the histological characteristics of the graft. The ischemia/reperfusion lesion is still an intraoperative risk factor, with direct implications in the whole transplant outcome: there is a close interrelation between PNF and DF, graft preservation, ischemia / reperfusion lesion and graft failure. Beyond his, there is proved evidence that suggests that I/R lesion turns the allograft more vulnerable by increasing its immunogenity, increasing the probability of precocious and late rejection episodes. Based on the daily clinical practice at CHBPT /HCC, 54 cases of hepatic transplantation have been studied, grouped by allocation of each graft: Group (n=27):deceased do nortocirrhotic recipient, Group 2 (n=15): deceased donor to FAP recipient, Group 3 (n=12): FAP living donor to cirrhotic recipient. The histologic and molecular changes in the liver graft were observed until the end of the recipiente operation,together with its clinical consequences, evaluating:-­‐The different capacity of resistance of each graft to the ischemia / reperfusion lesion -­‐ The situations where the recipiente factos overlap the ones of the graft, in the definition of prognosis, and vice versa.-­‐ The relevance of the precocious histologic and molecular lesions of the hepatic tissue in the clinical outcome of the graft and the recipient. Needle biopsies were obtained from 54 liver grafts, 42 deceased brain dead donors and 12 from FAP living donors, at three diferente times of the harvesting and the hepatic transplantation: The first one (T0) before clamping the donor aorta -­‐ The second one (T2) in the end of cold ischemia time -­‐ The third one (T) after the reperfusion of the graft, during the closure of the abdominal wall. Total RNAwas extracted to these samples, converted to cDNA by reverse transcription and the analysis of gene expression was made for CTLA4,IL-­‐1β,IL-­‐4,IL-­‐6,IL-­‐13,TNF-­‐α,Perforin,E Selectin (SELE),Fas-­‐ligand,Granzyme-­‐B,Heme-­‐oxigenase 1 (HO1) and Nitric Oxide Sintetase (iNOS2A) by quantitative PCR, according with the Ct comparative method, using the expression of the non ischemic sample – T0. The fragments of all the biopsies were divided, to send a comparative sample to the usual histologic processement, keeping the same usual protocol at the Transplantation Unit of Curry Cabral Hospital. The presence of some defined histologic parameters, such as steatosis, necrosis, vacuolization, sinusoidal congestion and neutrophilic infiltration, was registered and catalogued in a numeric classification. The clinical and laboratory follow-­‐up, as well as the following of eventual complications, was registered and correlated with the data from organ procurement operations and with the data from the biopsies. The following variables were considered as the most relevant and objective ones, to the interpretation of the clinical evolution, being statistically compared with the clinical and laboratorial collected data: graft dysfunction, post-­‐operative complications, number of readmissions of 2 or more and chronic rejection and /or recipiente death. There were identified some unfavorable clinical characteristics, to be considered under certain circumstances: recipiente female gender (specially associated with malegraft, p=0,077), cold ischemia time of more than 500 minutes (p=0,074), warm ischemia time of more than 90 minutes (p=0,099). In the laboratory analysis, two histologic characteristics were identified as unfavorable and irreversible, associated with bad prognosis: necrosis and balonization (p=0,029); in the gene panel selected in this study, the basal expression of IL-­‐1β (p=0,028), SELE (p=0,013) and FAS-­‐L (p=0,079)were related with worse prognosis.Some intrinsic protective characteristics of the grafts were only indirectly revealed, such as less neutrophilic infiltration and bigger expression of HO1 and iNOS in FAP grafts, being impossible to prove any direct inte ference in the clinical results. A relevant and measurable expression of the anti inflammatory genes IL13 and IL4 was not obtained: with the used methodology, it was impossible to obtain a gene expression profile associated with a favorable clinical outcome.The inverse profile was suggested only by the basal expression of the three mentioned genes (FAS-­‐L, IL-­‐ 1β e SELE) in the same gene panel, according with the followed protocol in this group of 54 patients. The characteristics of the recipient overlapped those from the graft, in the case of :-­‐ FAP diagnosis in the recipient, which determined a bigger predisposition to graft dysfunction, which by itself determines a shorter survival. However, FAP diagnosis in the recipiente depicts a more favorable survival curve. -­‐ Recipients with a low balance risk índex (BAR) defined favorable characteristics to grafts with low and moderate grades of steatosis, making that this characteristic, associated with bad prognosis, looked like a favorable factor, and with no clinical interference. The graft characteristics overlapped those from the receptor in the case of: -­‐ Cold ischemic time more than 500 minutes -­‐ Balonization, necrosis, FAS-­‐L, IL-­‐1β and SELE at T0. The integration of molecular and morphologic results with the clinical evolution, stresses the role of a precocious neutrophils mobilization in the worse outcomes of liver grafts.

Cytoprotective role of heme oxygenase-1 and heme degradation derived end products in liver injury

The activation of heme oxygenase-1 (HO-1) appears to be an endogenous defensive mechanism used by cells to reduce inflammation and tissue damage in a number of injury models. HO-1, a stress-responsive enzyme that catabolizes heme into carbon monoxide (CO), biliverdin and iron, has previously been shown to protect grafts from ischemia/reperfusion and rejection. In addition, the products of the HO-catalyzed reaction, particularly CO and biliverdin/bilirubin, have been shown to exert protective effects in the liver against a number of stimuli, as in chronic hepatitis C and in transplanted liver grafts. Furthermore, the induction of HO-1 expression can protect the liver against damage caused by a number of chemical compounds. More specifically, the CO derived from HO-1-mediated heme catabolism has been shown to be involved in the regulation of inflammation; furthermore, administration of low concentrations of exogenous CO has a protective effect against inflammation. Both murine and human HO-1 deficiencies have systemic manifestations associated with iron metabolism, such as hepatic overload (with signs of a chronic hepatitis) and iron deficiency anemia (with paradoxical increased levels of ferritin). Hypoxia induces HO-1 expression in multiple rodent, bovine and monkey cell lines, but interestingly, hypoxia represses expression of the human HO-1 gene in a variety of human cell types (endothelial cells, epithelial cells, T cells). These data suggest that HO-1 and CO are promising novel therapeutic molecules for patients with inflammatory diseases. In this review, we present what is currently known regarding the role of HO-1 in liver injuries and in particular, we focus on the implications of targeted induction of HO-1 as a potential therapeutic strategy to protect the liver against chemically induced injury.

Accumulation of heme oxygenase-1 (HSP32) in Xenopus laevis A6 kidney epithelial cells treated with sodium arsenite, cadmium chloride or proteasomal inhibitors

The present study examined the effect of sodium arsenite, cadmium chloride, heat shock and the proteasomal inhibitors MG132, withaferin A and celastrol on heme oxygenase-1 (HO-1; also known as HSP32) accumulation in Xenopus laevis A6 kidney epithelial cells. Immunoblot analysis revealed that HO-1 accumulation was not induced by heat shock but was enhanced by sodium arsenite and cadmium chloride in a dose- and time-dependent fashion. Immunocytochemistry revealed that these metals induced HO-1 accumulation in a granular pattern primarily in the cytoplasm. Additionally, in 20% of the cells arsenite induced the formation of large HO-1-containing perinuclear structures. In cells recovering from sodium arsenite or cadmium chloride treatment, HO-1 accumulation initially increased to a maximum at 12h followed by a 50% reduction at 48 h. This initial increase in HO-1 levels was likely the result of new synthesis as it was inhibited by cycloheximide. Interestingly, treatment of cells with a mild heat shock enhanced HO-1 accumulation induced by low concentrations of sodium arsenite and cadmium chloride. Finally, we determined that HO-1 accumulation was induced in A6 cells by the proteasomal inhibitors, MG132, withaferin A and celastrol. An examination of heavy metal and proteasomal inhibitor-induced HO-1 accumulation in amphibians is of importance given the presence of toxic heavy metals in aquatic habitats.

Regenerative silver nanoparticles for SERRS investigation of metmyoglobin with conserved heme pocket

Shell isolated silver nanoparticles with an ultrathin silica layer (Ag@SiO2NPs) are used as a surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) substrate for probing metmyoglobin (metMb) in aqueous solution. The ultrathin silica layer protects metMb from reaching the bare silver surface and conserves the heme pocket during SERRS analysis with a Raman enhancement factor (EFSERS) of 4.78 × 104. In spite of the good SERRS enhancement, the interaction between the protein and Ag@SiO2NPs is weak enough to separate them by centrifugation in such a way that both are regenerated in their original form and can be reused. Using Ag@SiO2NPs as the SERRS substrate, the lowest detection limit of 2 nM was achieved for metMb whilst conserving the native structure of the heme centre.

Heme biosynthesis by the malarial parasite - Import of delta-aminolevulinate dehydrase from the host red cell

The mouse and human malarial parasites, Plasmodium berghei and Plasmodium falciparum, respectively, synthesize heme de novo following the standard pathway observed in animals despite the availability of large amounts of heme, derived from red cell hemoglobin, which is stored as hemozoin pigment, The enzymes, delta-aminolevulinate dehydrase (ALAD), coproporphyrinogen oxidase, and ferrochelatase are present at strikingly high levels in the P, berghei infected mouse red cell in vivo, The isolated parasite has low levels of ALAD and the data clearly indicate it to be of red cell origin. The purified enzyme preparations from the uninfected red cell and the parasite are identical in kinetic properties, subunit molecular weight, cross-reaction with antibodies to the human enzyme, and N-terminal amino acid sequence. Immunogold electron microscopy of the infected culture indicates that the enzyme is present inside the parasite and, therefore, is not a contaminant, The parasite derives functional ALAD from the host and the enzyme binds specifically to isolated parasite membrane in vitro, suggestive of the involvement of a receptor in its translocation into the parasite, While, ALAD, coproporphyrinogen oxidase, and ferrochelatase from the parasite and the uninfected red cell supernatant have identical subunit molecular weights on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and show immunological cross-reaction with antibodies to the human enzymes, as revealed by Western analysis, the first enzyme of the pathway, namely, delta-aminolevulinate synthase (ALAS) in the parasite, unlike that of the red cell host, does not cross-react with antibodies to the human enzyme, However, ALAS enzyme activity in the parasite is higher than that of the infected red cell supernatant. We therefore conclude that the parasite, while making its own ALAS, imports ALAD and perhaps most of the other enzymes of the pathway from the host to synthesize heme de novo, and this would enable it to segregate this heme from the heme derived from red cell hemoglobin degradation, ALAS of the parasite and the receptor(s) involved in the translocation of the host enzymes into the parasite would be unique drug targets.

Localisation of Plasmodium falciparum uroporphyrinogen III decarboxylase of the heme-biosynthetic pathway in the apicoplast and characterisation of its catalytic properties

Uroporphyrinogen decarboxylase (UROD) is a key enzyme in the heme-biosynthetic pathway and in Plasmodium falciparum it occupies a strategic position in the proposed hybrid pathway for heme biosynthesis involving shuttling of intermediates between different subcellular compartments in the parasite. In the present study, we demonstrate that an N-terminally truncated recombinant P. falciparum UROD (r(Δ)PfUROD) over-expressed and purified from Escherichia coli cells, as well as the native enzyme from the parasite were catalytically less efficient compared with the host enzyme, although they were similar in other enzyme parameters. Molecular modeling of PfUROD based on the known crystal structure of the human enzyme indicated that the protein manifests a distorted triose phosphate isomerase (TIM) barrel fold which is conserved in all the known structures of UROD. The parasite enzyme shares all the conserved or invariant amino acid residues at the active and substrate binding sites, but is rich in lysine residues compared with the host enzyme. Mutation of specific lysine residues corresponding to residues at the dimer interface in human UROD enhanced the catalytic efficiency of the enzyme and dimer stability indicating that the lysine rich nature and weak dimer interface of the wild-type PfUROD could be responsible for its low catalytic efficiency. PfUROD was localised to the apicoplast, indicating the requirement of additional mechanisms for transport of the product coproporphyrinogen to other subcellular sites for its further conversion and ultimate heme formation.

Chemical probes into the active centre of a heme thiolate monoxygenase

Linalool-8-monoxygenase, a typical bacterial P-450 heme thiolase, shows a high degree of substrate specificity towards linalool. The active site of the pure enzyme has been probed with a large number of substrate analogues with systematic alterations or conformational variations in the linalool molecule. The comparison of three parameters, the mo→mos conversion of the enzyme as a result of substrate binding monitored at 392 nm, theK D of the analogues giving information about energies of association and the relative turnover as substrate have given information about the space-filling characteristics of the substrates in the enzyme cleft, the number of contacts the molecules make with the respective domains of the enzyme and the distance of the site undergoing hydroxylation from the oxygen site, respectively. The data permit the conclusion that linalool makes contact with the enzyme by hydrogen bonding with the hydroxyl group as well through hydrophobic association with all the eight carbons carrying hydrogen in the molecules.

Role of heme in the synthesis of cytochrome c oxidase in Neurospora crassa

The role of heme in the synthesis of cytochrome c oxidase has been investigated in the mold Neurospora crassa. Iron-deficient cultures of the mold have low levels of cytochrome oxidase and delta-aminolevulinate dehydratase, the latter being the rate-limiting enzyme of the heme-biosynthetic pathway in this organism. Addition of iron to the iron-deficient cultures results in an immediate increase in the levels of delta-aminolevulinate dehydratase followed by an increase in the rate of heme synthesis and cytochrome oxidase levels. The rate of precursor labeling of the mitochondrial subunits of cytochrome oxidase is decreased preferentially under conditions of iron deficiency and addition of iron corrects this picture. Exogenous hemin addition which prevents iron-mediated induction of delta-aminolevulinate dehydratase also inhibits the increase in the activity of cytochrome oxidase and the enhanced precursor labeling of the mitochondrial subunits of cytochrome oxidase. Protein synthesis on mitoribosomes measured in vivo and in vitro is decreased under conditions of heme deficiency. Hemin addition in vitro to mitochondrial lysates prepared from heme-deficient mycelia restores a near normal rate of protein synthesis. It is concluded that heme is required for the optimal rate of translation on mitoribosomes.