Dietary modulation of plasma antioxidant deficiencies: effect of mediterranean diet

Estudi elaborat a partir d’una estada al National Research Institute for Food and Nutrition, Itàlia, des de novembre del 2006 fins a febrer del 2007. La capacitat antioxidant total (TAC) en plasma pot ser un bon biomarcador del estat antioxidant dels humans. Prenent les mostres de dos projectes diferents de recerca s’ha mesurat la TAC mitjançant el FRAP (ferric reductant antioxidant potencial) i el TRAP (total radical-trapping antioxidant parameter ). D’una banda el PREDIMED, és un estudi prospectiu aleatoritzat i controlat, amb una cohort d’ individus sense patología vascular coneguda, però amb un alt risc de patir-la. En aquest es valora la utilitat d’una intervenció dietética del tipus mediterrània en la prevenció primària de la malaltia cardiovascular. L’altre és el de biodisponibilitat en humans dels metabòlits dels polifenols presents en els solubles de cacau, un estudi crònic (28 dies) on es vol mesurar la influència de la llet en l’absorció dels polifenols del cacau, en voluntaris amb elevat risc de sofrir patologia cardiovascular.

Array de DNA per identificar espècies de Fusarium: ampliació d'un array existent per incloure espècies del Sud d'Europa

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Department for Feed and Food Hygiene del National Veterinary Institute, Noruega, entre novembre i desembre del 2006. Els grans de cereal poden estar contaminats amb diferents espècies de Fusarium capaces de produir metabolits secundaris altament tòxics com trichotecenes, fumonisines o moniliformines. La correcta identificació d’aquestes espècies és de gran importància per l’assegurament del risc en l’àmbit de la salut humana i animal. La identificació de Fusarium en base a la seva morfologia requereix coneixements taxonòmics i temps; la majoria dels mètodes moleculars permeten la identificació d’una única espècie diana. Per contra, la tecnologia de microarray ofereix l’anàlisi paral•lel d’un alt nombre de DNA dianes. En aquest treball, s’ha desenvolupat un array per a la identificació de les principals espècies de Fusarium toxigèniques del Nord i Sud d’Europa. S’ha ampliat un array ja existent, per a la detecció de les espècies de Fusarium productores de trichothecene i moniliformina (predominants al Nord d’Europa), amb l’addició de 18 sondes de DNA que permeten identificar les espècies toxigèniques més abundants al Sud d’Europa, les qual produeixen majoritàriament fumonisines. Les sondes de captura han estat dissenyades en base al factor d’elongació translació- 1 alpha (TEF-1alpha). L’anàlisi de les mostres es realitza mitjançant una única PCR que permet amplificar part del TEF-1alpha seguida de la hibridació al xip de Fusarium. Els resultats es visualitzen mitjançant un mètode de detecció colorimètric. El xip de Fusarium desenvolupat pot esdevenir una eina útil i de gran interès per a l’anàlisi de cereals presents en la cadena alimentària.

Desarrollo de biomarcadores del grado de exposición y activación para la evaluación de la neurotoxicidad de la MDMA en humanos

La 3,4-Metilendioximetanfetamina (MDMA, éxtasis) es un derivado anfetamínico sintético ampliamente usado como droga recreativa, que produce neurotoxicidad serotonérgica en animales y posiblemente también en humanos. El mecanismo subyacente de neurotoxicidad, incluye la formación de especies reactivas de oxigeno (ROS), pero la fuente de generación de estos es un punto de controversia. Se postula que la neurotoxicidad inducida por la MDMA es mediada por la formación de metabolitos bioreactivos. Específicamente, los metabolitos primarios de tipo catecol, la 3,4- dihidroximetanfetamina (HHMA) y la 3,4-dihidroxianfetamina (HHA), que luego dan lugar a la formación de conjugados con el glutatión y la N-acetilcisteína, y que conservan la capacidad de entrar en el ciclo redox y presentan neurotoxicidad serotonérgica en ratas. Aunque la presencia de dichos metabolitos se demostró recientemente en microdialisados de cerebros de ratas, su formación en humanos no se ha reportado aun. Este trabajo describe la detección de N-acetil-cisteína-HHMA (NAC-HHMA) y N-acetil-cisteína-HHA (NAC-HHA) en orina humana de 15 consumidores recreacionales de MDMA (1.5 mg/kg) en un entorno controlado. Los resultados revelan que en las primeras 4 horas después del consumo de MDMA aproximadamente el 0.002% de la dosis administrada es recuperada como aductos tioéter. Los polimorfismos genéticos en la expresión de las enzimas CYP2D6 y COMT, que en conjunto son las principales determinantes de los niveles estables de HHMA y HHA, posiblemente expliquen la variabilidad interindividual observada en la recuperación de la NAC-HHMA y la NAC-HHA en orina. Resumiendo, por primera vez se demuestra la formación de aductos tioéteres neurotóxicos de la MDMA en humanos. Estos resultados apoyan la hipótesis de que la bioactivación de la MDMA a metabolitos neurotóxicos es el mecanismo relevante para la generación de la neurotoxicidad en humanos.

Nous derivats del 1-1'-bisnaftalè en el camp de l'enantioreconeixement: enantiodiferenciació i síntesi enantioselectiva

La línia principal d’investigació del nostre grup de recerca es basa en la síntesi i estudi de nous agents de solvatació quirals (CSAs), és a dir, compostos enantiopurs que s’utilitzen per a determinar la puresa enantiomèrica mitjançant la Ressonància Magnètica Nuclear (RMN). Al present treball volem sintetitzar i estudiar estructuralment la dicetona racèmica 14 amb la qual, mitjançant reaccions de reducció, podem obtenir el diol 12, el nou CSA que volem sintetitzar. També forma part del present treball la resolució de la dicetona racèmica 14, és a dir, aconseguir la separació dels seus dos enantiòmers mitjançant la formació de derivats diastereoisomèrics de 14 amb un reactiu enantiopur.

Visualització dinàmica d'un procés metabòlic amb finalitats docents

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui una de les rutes metabòliques principals: la glucòlisi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2006-2007 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: aprendre una ruta metabòlica, de manera divertida; aprendre el mecanisme de cada un dels passos de la ruta i aprendre l’estructura química dels metabòlits intermediaris de la ruta.

Animació de les rutes glucolítica i gluconeogènica : una eina no presencial per a aprendre de manera amena

La incorporació del Moodle com a eina de docència, i l’augment de hores no presencials a les diverses assignatures fa que calgui incorporar les noves tecnologies perquè els alumnes disposin de més material docent al seu abast. Però l’acumulació de material fa que només sigui útil aquell material que es guanyi a l’alumne. En aquest sentit, creiem que les animacions i les eines interactives poden ser materials atractius pels alumnes. En aquest projecte hem creat una eina d’animació interactiva perquè l’estudiant de Bioquímica practiqui i aprengui dues rutes principals del metabolisme de hidrats de carboni: la glucòlisi i la gluconeogènesi. Aquesta eina consta d’una pantalla separada en 3 zones: 1) una zona lateral que inclou la ruta metabòlica completa, i en la que l’alumne pot prémer sobre cada un dels passos que estructuren la ruta (finestra del metabolisme); 2) una zona inferior que presenta la reacció individual de la ruta metabòlica, en la que s’observa l’estructura química de les molècules i informació de l’enzim implicat en la reacció (finestra de l’enzim); i 3) una zona central en la que a través d’una animació amb Macromedia Flash MX, l’alumne observa el mecanisme químic de la reacció (finestra del mecanisme químic). Les tres zones són interactives i en prémer sobre elles donen informació, respectivament sobre la ruta completa, l’enzim de cada pas en particular i el mecanisme d’acció. A més, la finestra del mecanisme químic permet aturar en qualsevol moment la animació, tornar enrere i veure els intermediaris. Durant el segon semestre del curs 2007-2008 hem avaluat l’eina amb alumnes de Bioquímica de la Llicenciatura de Química, incorporant-la als dossier electrònics i al Moodle. Creiem que hem assolit els objectius que es proposaven: que l’alumne aprengui les dues rutes metabòliques, de manera divertida; el mecanisme de cada un dels passos de les rutes i l’estructura química dels metabòlits intermediaris de les rutes.

Síntesi i optimització de la DPTMephos. Complexos de Mo i W

La ruta sintètica del bis(2-((difenilfosfino)metil)fenil)sulfà, Ph2PCH2-(C6H4)S(C6H4)-CH2PPh2 , DPTMephos, involucra 5 reaccions en 4 etapes ben diferenciades. Es per aquest motiu que es fa necessària una optimització de la ruta sintètica per assolir rendiments més elevats. La primera reacció parteix del sulfur de difenil i involucra la formació d’un complex litiat per acabar realitzant una carbonilació amb N,N-DMF per obtindre un dialdehid. El següent pas de la ruta passa per la reducció del producte al diol corresponent. Tot seguit ja es por preparar el substrat mitjanjant una bromació per a que en l’última etapa, s’acobli a l’estructura el grup difenilfosfino. Tant mateix s’han sintetitzat els isòmers de la DPTMephos amb [W(CO)6] i [Mo(CO)6], observant-se la formació tant dels complexos meridionals com facials i la seva interconversió. Tot seguit s’ha desenvolupat la sulfuració de la DPTMephos per obtindre els lligands tant mono com di sulfurats. També s’ha realitzat un estudi de l’espectre de RMN 31P{1H} del complex fac-[Mo(CO)3(DPTMephos)] a temperatura variable per determinar el senyal de cada fòsfor no equivalent a 200K. S’ha realitzat un estudi de forma qualitativa de les conformacions que adopta l’anell quelat de 6 baules en les conformacions tant meridional com facial d’un complex.

Knock, knock, knocking on muscle doors. Visions on the transport of substrates across the plasma membrane in muscle.

Muscle is a major player in metabolism. It uses large amounts of glucose in the absorptive state and changes in muscle insulin-stimulated glucose uptake alter whole-body glucose disposal. Lipid substrates such as fatty acids or ketone bodies are preferentially used by muscle in certain physiological conditions. Muscle is also the main reservoir of amino acids and protein. The activity of many different plasma membrane transporters such as glucose carriers, carnitine, creatine or amino acid transporters maintain muscle metabolism by taking up or releasing substrates or metabolites across the cell surface. The goal of this review is the molecular characterization of muscle membrane transporter proteins and the analysis of their regulatory roles.

Edelfosine-induced metabolic changes in cancer cells that precede the overproduction of reactive oxygen species and apoptosis

Background: Metabolic flux profiling based on the analysis of distribution of stable isotope tracer in metabolites is an important method widely used in cancer research to understand the regulation of cell metabolism and elaborate new therapeutic strategies. Recently, we developed software Isodyn, which extends the methodology of kinetic modeling to the analysis of isotopic isomer distribution for the evaluation of cellular metabolic flux profile under relevant conditions. This tool can be applied to reveal the metabolic effect of proapoptotic drug edelfosine in leukemia Jurkat cell line, uncovering the mechanisms of induction of apoptosis in cancer cells. Results: The study of 13C distribution of Jukat cells exposed to low edelfosine concentration, which induces apoptosis in ¿5% of cells, revealed metabolic changes previous to the development of apoptotic program. Specifically, it was found that low dose of edelfosine stimulates the TCA cycle. These metabolic perturbations were coupled with an increase of nucleic acid synthesis de novo, which indicates acceleration of biosynthetic and reparative processes. The further increase of the TCA cycle fluxes, when higher doses of drug applied, eventually enhance reactive oxygen species (ROS) production and trigger apoptotic program. Conclusion: The application of Isodyn to the analysis of mechanism of edelfosine-induced apoptosis revealed primary drug-induced metabolic changes, which are important for the subsequent initiation of apoptotic program. Initiation of such metabolic changes could be exploited in anticancer therapy.

Treatment of pregnant rats with oleoyl-estrone slows down pup fat deposition after weaning

BACKGROUND: In rats, oral oleoyl-estrone (OE) decreases food intake and body lipid content. The aim of this study was to determine whether OE treatment affects the energy metabolism of pregnant rats and eventually, of their pups; i.e. changes in normal growth patterns and the onset of obesity after weaning. METHODS: Pregnant Wistar rats were treated with daily intragastric gavages of OE in 0.2 ml sunflower oil from days 11 to 21 of pregnancy (i.e. 10 nmol oleoyl-estrone/g/day). Control animals received only the vehicle. Plasma and hormone metabolites were determined together with variations in cellularity of adipose tissue. RESULTS: Treatment decreased food intake and lowered weight gain during late pregnancy, mainly because of reduced adipose tissue accumulation in different sites. OE-treated pregnant rats' metabolic pattern after delivery was similar to that of controls. Neonates from OE-treated rats weighed the same as those from controls. They also maintained the same growth rate up to weaning, but pups from OE-treated rats slowed their growth rate afterwards, despite only limited differences in metabolite concentrations. CONCLUSION: The OE influences on pup growth can be partially buffered by maternal lipid mobilization during the second half of pregnancy. This maternal metabolic "imprinting" may condition the eventual accumulation of adipose tissue after weaning, and its effects can affect the regulation of body weight up to adulthood.

Corticosterone inhibits the lipid-mobilizing effects of oleoyl-estrone in adrenalectomized rats

Oleoyl-estrone (OE) is an adipose-derived signal that decreases energy intake and body lipid, maintaining energy expenditure and glycemic homeostasis. Glucocorticoids protect body lipid and the metabolic status quo. We studied the combined effects of OE and corticosterone in adrenalectomized female rats: daily OE gavages (0 or 10 nmol/g) and slow-release corticosterone pellets at four doses (0, 0.5, 1.7, and 4.8 mg/d). Intact and sham-operated controls were also included. After 8 d, body composition and plasma metabolites and hormones were measured. OE induced a massive lipid mobilization (in parallel with decreased food intake and maintained energy expenditure). Corticosterone increased fat deposition and inhibited the OE-elicited mobilization of body energy, even at the lowest dose. OE enhanced the corticosterone-induced rise in plasma triacylglycerols, and corticosterone blocked the OE-induced decrease in leptin. High corticosterone and OE increased insulin resistance beyond the effects of corticosterone alone. The presence of corticosterone dramatically affected OE effects, reversing its decrease of body energy (lipid) content, with little or no change on food intake or energy expenditure. The maintenance of glycemia and increasing insulin in parallel to the dose of corticosterone indicate a decrease in insulin sensitivity, which is enhanced by OE. The reversal of OE effects on lipid handling, insulin resistance, can be the consequence of a corticosterone-induced OE resistance. Nevertheless, OE effects on cholesterol were largely unaffected. In conclusion, corticosterone administration effectively blocked OE effects on body lipid and energy balance as well as insulin sensitivity and glycemia.

Edelfosine-induced metabolic changes in cancer cells that precede the overproduction of reactive oxygen species and apoptosis

Background: Metabolic flux profiling based on the analysis of distribution of stable isotope tracer in metabolites is an important method widely used in cancer research to understand the regulation of cell metabolism and elaborate new therapeutic strategies. Recently, we developed software Isodyn, which extends the methodology of kinetic modeling to the analysis of isotopic isomer distribution for the evaluation of cellular metabolic flux profile under relevant conditions. This tool can be applied to reveal the metabolic effect of proapoptotic drug edelfosine in leukemia Jurkat cell line, uncovering the mechanisms of induction of apoptosis in cancer cells. Results: The study of 13C distribution of Jukat cells exposed to low edelfosine concentration, which induces apoptosis in ¿5% of cells, revealed metabolic changes previous to the development of apoptotic program. Specifically, it was found that low dose of edelfosine stimulates the TCA cycle. These metabolic perturbations were coupled with an increase of nucleic acid synthesis de novo, which indicates acceleration of biosynthetic and reparative processes. The further increase of the TCA cycle fluxes, when higher doses of drug applied, eventually enhance reactive oxygen species (ROS) production and trigger apoptotic program. Conclusion: The application of Isodyn to the analysis of mechanism of edelfosine-induced apoptosis revealed primary drug-induced metabolic changes, which are important for the subsequent initiation of apoptotic program. Initiation of such metabolic changes could be exploited in anticancer therapy.

Chemical defenses in Sacoglossan Opisthobranchs: Taxonomic trends and evolutionary implications

Sacoglossan sea slugs (Mollusca: Opisthobranchia) are one of the few groups of specialist herbivores in the marine environment. Sacoglossans feed suctorially on the cell sap of macroalgae, from which they 'steal' chloroplasts (kleptoplasty) and deterrent substances (kleptochemistry), retaining intracellularly both host plastids and chemicals. The ingested chloroplasts continue to photosynthesize for periods ranging from a few hours or days up to 3 months in some species. Shelled, more primitive sacoglossans feed only on the siphonalean green algal genus Caulerpa, and they do not have functional kleptoplasty. The diet of sacoglossans has radiated out from this ancestral food. Among the shell-less Plakobranchidae (=Elysiidae), the more primitive species feed on other siphonales (families Derbesiaceae, Caulerpaceae, Bryopsidaceae and Codiaceae) and fix carbon, while the more 'advanced' species within the Plakobranchidae and Limapontioidae have a more broad dietary range. Most of these 'advanced' species are unable to fix carbon because the chloroplasts of their food algae are mechanically disrupted during ingestion. Mesoherbivores are likely to be eaten if they live on palatable seaweeds, their cryptic coloration and form not always keeping them safe from predators. Sacoglossans prefer to live on and eat chemically defended seaweeds, and they use ingested algal chemicals as deterrents of potential predators. The most ancestral shelled sacoglossans (Oxynoidae) and some Plakobranchidae such as Elysia translucens, Thuridilla hopei and Bosellia mimetica have developed a diet-derived chemical defense mechanism. Oxynoids and Thuridilla hopei are able to biomodify the algal metabolites. However, the Plakobranchidae Elysia timida and E. viridis, together with Limapontioidea species, are characterized by their ability to de novo synthesize polypropionate metabolites. A whole analysis of kleptoplasty and chemical defenses in sacoglossans may offer a better understanding of the ecology and evolution of these specialized opisthobranchs. In this paper we summarize some of the latest findings, related mainly to Mediterranean species, and offer a plausible evolutionary scenario based on the biological and chemical trends we can distinguish in them.

Identification of myxobacteria-derived HIV inhibitors by a high-throughput two-step infectivity assay

Drug-resistance and therapy failure due to drug-drug interactions are the main challenges in current treatment against Human Immunodeficiency Virus (HIV) infection. As such, there is a continuous need for the development of new and more potent anti-HIV drugs. Here we established a high-throughput screen based on the highly permissive TZM-bl cell line to identify novel HIV inhibitors. The assay allows discriminating compounds acting on early and/or late steps of the HIV replication cycle. The platform was used to screen a unique library of secondary metabolites derived from myxobacteria. Several hits with good anti-HIV profiles were identified. Five of the initial hits were tested for their antiviral potency. Four myxobacterial compounds, sulfangolid C, soraphen F, epothilon D and spirangien B, showed EC50 values in the nM range with SI > 15. Interestingly, we found a high amount of overlapping hits compared with a previous screen for Hepatitis C Virus (HCV) using the same library. The unique structures and mode-of-actions of these natural compounds make myxobacteria an attractive source of chemicals for the development of broad-spectrum antivirals. Further biological and structural studies of our initial hits might help recognize smaller drug-like derivatives that in turn could be synthesized and further optimized.

Automatic filtering and substantiation of drug safety signals

Drug safety issues pose serious health threats to the population and constitute a major cause of mortality worldwide. Due to the prominent implications to both public health and the pharmaceutical industry, it is of great importance to unravel the molecular mechanisms by which an adverse drug reaction can be potentially elicited. These mechanisms can be investigated by placing the pharmaco-epidemiologically detected adverse drug reaction in an information-rich context and by exploiting all currently available biomedical knowledge to substantiate it. We present a computational framework for the biological annotation of potential adverse drug reactions. First, the proposed framework investigates previous evidences on the drug-event association in the context of biomedical literature (signal filtering). Then, it seeks to provide a biological explanation (signal substantiation) by exploring mechanistic connections that might explain why a drug produces a specific adverse reaction. The mechanistic connections include the activity of the drug, related compounds and drug metabolites on protein targets, the association of protein targets to clinical events, and the annotation of proteins (both protein targets and proteins associated with clinical events) to biological pathways. Hence, the workflows for signal filtering and substantiation integrate modules for literature and database mining, in silico drug-target profiling, and analyses based on gene-disease networks and biological pathways. Application examples of these workflows carried out on selected cases of drug safety signals are discussed. The methodology and workflows presented offer a novel approach to explore the molecular mechanisms underlying adverse drug reactions