Synthesis and anticancer activity of long-chain isonicotinic ester ligand-containing arene ruthenium complexes and nanoparticles

Arene ruthenium complexes containing long-chain N-ligands L1 = NC5H4-4-COO-C6H4-4-O-(CH2)9-CH3 or L2 = NC5H4-4-COO-(CH2)10-O-C6H4-4-COO-C6H4-4-C6H4-4-CN derived from isonicotinic acid, of the type [(arene)Ru(L)Cl2] (arene = C6H6, L = L1: 1; arene = p-MeC6H4Pr i , L = L1: 2; arene = C6Me6, L = L1: 3; arene = C6H6, L = L2: 4; arene = p-MeC6H4Pr i , L = L2: 5; arene = C6Me6, L = L2: 6) have been synthesized from the corresponding [(arene)RuCl2]2 precursor with the long-chain N-ligand L in dichloromethane. Ruthenium nanoparticles stabilized by L1 have been prepared by the solvent-free reduction of 1 with hydrogen or by reducing [(arene)Ru(H2O)3]SO4 in ethanol in the presence of L1 with hydrogen. These complexes and nanoparticles show a high anticancer activity towards human ovarian cell lines, the highest cytotoxicity being obtained for complex 2 (IC50 = 2 μM for A2780 and 7 μM for A2780cisR)

Development of bioreporter assays for the detection of bioavailability of long-chain alkanes based on the marine bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2.

Long-chain alkanes are a major component of crude oil and therefore potentially good indicators of hydrocarbon spills. Here we present a set of new bacterial bioreporters and assays that allow to detect long-chain alkanes. These reporters are based on the regulatory protein AlkS and the alkB1 promoter from Alcanivorax borkumensis SK2, a widespread alkane degrader in marine habitats. Escherichia coli cells with the reporter construct reacted strongly to octane in short-term (6 h) aqueous suspension assays but very slightly only to tetradecane, in line with what is expected from its low water solubility. In contrast, long-term assays (up to 5 days) with A. borkumensis bioreporters showed strong induction with tetradecane and crude oil. Gel-immobilized A. borkumensis reporter cells were used to demonstrate tetradecane and crude oil bioavailability at a distance from a source. Alcanivorax borkumensis bioreporters induced fivefold more rapid and more strongly when allowed physical contact with the oil phase in standing flask assays, suggesting a major contribution of adhered cells to the overall reporter signal. Using the flask assays we further demonstrated the effect of oleophilic nutrients and biosurfactants on oil availability and degradation by A. borkumensis. The fluorescence signal from flask assays could easily be captured with a normal digital camera, making such tests feasible to be carried out on, e.g. marine oil responder vessels in case of oil accidents.

Stimulation of thermogenesis in men after combined glucose-long-chain triglyceride infusion.

The effect of combined long-chain triglyceride infusion (Intralipid 20%) with graded doses of insulin/glucose on energy expenditure was examined in 17 healthy young male volunteers by using the euglycemic insulin clamp technique in combination with indirect calorimetry. Intralipid was infused for 90 min at a constant rate of 0.23 g/min; plasma free fatty acids increased from base-line values of 380 +/- 8 mumol/l to steady state levels of 650 +/- 12 mumol/l. After 90 min the Intralipid was continued and insulin was infused at three rates (0.5, 2, and 4 mU/kg . min) to achieve steady state hyperinsulinemic plateaus of 63 +/- 4, 167 +/- 10, and 410 +/- 15 microU/ml. Plasma glucose concentration was maintained constant at basal euglycemic levels (insulin clamp technique) by infusing glucose at 0.24, 0.48, and 0.59 g/min, respectively. Glucose storage during the insulin clamp (ie, glucose uptake minus glucose oxidation) was 0.13, 0.33, and 0.40 g/min for each group and exogenous lipid storage was 0.17, 0.18, and 0.19 g/min, respectively. The net increment in energy expenditure was 0.15, 0.24, and 0.26 kcal/min, respectively, which represents 8.5% of the energy content of the total amount of glucose and lipid stored. The experimentally determined value (approximately 9%) for the cost of storing both glucose and lipid was found to be significantly greater than predicted by stoichiometric calculations. However, the experimental value for the combined infusion was less than that observed for glucose storage alone (12%). This finding provides support for the use of combined glucose/fat infusions in parenteral nutrition as it is used more economically than when glucose is infused alone.

Repercussion of a deficiency in mitochondrial ß-oxidation on the carbon flux of short-chain fatty acids to the peroxisomal ß-oxidation cycle in Aspergillus nidulans.

The fungus Aspergillus nidulans contains both a mitochondrial and peroxisomal ß-oxidation pathway. This work was aimed at studying the influence of mutations in the foxA gene, encoding a peroxisomal multifunctional protein, or in the scdA/echA genes, encoding a mitochondrial short-chain dehydrogenase and an enoyl-CoA hydratase, respectively, on the carbon flux to the peroxisomal ß-oxidation pathway. A. nidulans transformed with a peroxisomal polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase produced PHA from the polymerization of 3-hydroxyacyl-CoA intermediates derived from the peroxisomal ß-oxidation of external fatty acids. PHA produced from erucic acid or heptadecanoic acid contained a broad spectrum of monomers, ranging from 5 to 14 carbons, revealing that the peroxisomal ß-oxidation cycle can handle both long and short-chain intermediates. While the ∆foxA mutant grown on erucic acid or oleic acid synthesized 10-fold less PHA compared to wild type, the same mutant grown on octanoic acid or heptanoic acid produced 3- to 6-fold more PHA. Thus, while FoxA has an important contribution to the degradation of long-chain fatty acids, the flux of short-chain fatty acids to peroxisomal ß-oxidation is actually enhanced in its absence. While no change in PHA was observed in the ∆scdA∆echA mutant grown on erucic acid or oleic acid compared to wild type, there was a 2- to 4-fold increased synthesis of PHA in ∆scdA∆echA cells grown in octanoic acid or heptanoic acid. These results reveal that a compensatory mechanism exists in A. nidulans that increases the flux of short-chain fatty acids towards the peroxisomal ß-oxidation cycle when the mitochondrial ß-oxidation pathway is defective.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Differential involvement of peroxisome-proliferator-activated receptors alpha and delta in fibrate and fatty-acid-mediated inductions of the gene encoding liver fatty-acid-binding protein in the liver and the small intestine.

Liver fatty-acid-binding protein (L-FABP) is a cytoplasmic polypeptide that binds with strong affinity especially to long-chain fatty acids (LCFAs). It is highly expressed in both the liver and small intestine, where it is thought to have an essential role in the control of the cellular fatty acid (FA) flux. Because expression of the gene encoding L-FABP is increased by both fibrate hypolipidaemic drugs and LCFAs, it seems to be under the control of transcription factors, termed peroxisome-proliferator-activated receptors (PPARs), activated by fibrate or FAs. However, the precise molecular mechanism by which these regulations take place remain to be fully substantiated. Using transfection assays, we found that the different PPAR subtypes (alpha, gamma and delta) are able to mediate the up-regulation by FAs of the gene encoding L-FABP in vitro. Through analysis of LCFA- and fibrate-mediated effects on L-FABP mRNA levels in wild-type and PPARalpha-null mice, we have found that PPARalpha in the intestine does not constitute a dominant regulator of L-FABP gene expression, in contrast with what is known in the liver. Only the PPARdelta/alpha agonist GW2433 is able to up-regulate the gene encoding L-FABP in the intestine of PPARalpha-null mice. These findings demonstrate that PPARdelta can act as a fibrate/FA-activated receptor in tissues in which it is highly expressed and that L-FABP is a PPARdelta target gene in the small intestine. We propose that PPARdelta contributes to metabolic adaptation of the small intestine to changes in the lipid content of the diet.

Chemical and carbon isotopic evolution of hydrocarbons during prograde metamorphism from 100°C to 550°C: Case study in the Liassic black shale formation of Central Swiss Alps

Hydrocarbon distributions and stable isotope ratios of carbonates (delta(13)C(car), delta(18)O(car)), kerogen (delta(13)C(ker)), extractable organic matter (delta(13)C(EOM)) and individual hydrocarbons of Liassic black shale samples from a prograde metamorphic sequence in the Swiss Alps were used to identify the major organic reactions with increasing metamorphic grade. The studied samples range from the diagenetic zone (< 100 degrees C) to amphibolite facies (similar to 550 degrees C). The samples within the diagenetic zones (< 100 and 150 degrees C) are characterized by the dominance of C-< 20 n-alkanes, suggesting an origin related with marine and/or bacterial inputs. The metamorphic samples (200 to 550 degrees C) have distributions significantly dominated by C-12 and C-13 n-alkanes, C-14, C-16 and C-18 n-alkylcyclopentanes and to a lesser extend C-15, C-17 and C-21 n-alkylcyclohexanes. The progressive C-13-enrichment (up to 3.9 parts per thousand) with metamorphism of the C-> 17 n-alkanes suggests the occurrence of cracking reactions of high molecular weight compounds. The isotopically heavier (up to 5.6 parts per thousand) C-< 17 n-alkanes in metamorphic samples are likely originated by thermal degradation of long-chain homologous with preferential release of isotopically light C-1 and C-2 radicals. The dominance of specific even C-number n-alkylcyclopentanes suggests an origin related to direct cyclization mechanism (without decarboxylation step) of algal or bacterial fatty acids occurring in reducing aqueous metamorphic fluid conditions. The regular increase of the concentrations of n-alkylcycloalkanes vs. C-> 13 n-alkanes with metamorphism suggests progressive thermal release of kerogen-linked fatty acid precursors and degradation of n-alkanes. Changes of the steroid and terpenoid distributions are clearly related to increasing metamorphic temperatures. The absence of 18 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane (Ts), the occurrence of 17 beta(H)-trisnorhopane, 17 beta(H), 21 alpha(H)-hopanes in the C-29 to C-31 range and 5 alpha(H),14 alpha(H),17 alpha(H)-20R C-27, C-29 steranes in the low diagenetic samples (< 100 degrees C) are characteristic of immature bitumens. The higher thermal stress within the upper diagenetic zone (150 degrees C) is marked by the presence of Ts, the disappearance of 17 beta(H)-trisnorhopane and thermodynamic equilibrium of the 22S/(22S + 22R) homohopane ratios. The increase of the alpha alpha alpha-sterane 20S/(20S + 20R) and 20R beta beta/(beta beta + alpha alpha) ratios (from 0.0 to 0.55 and from 0.0 to 0.40, respectively) in the upper diagenetic zone indicates the occurrence of isomerization reactions already at < 150 degrees C. However, the isomerization at C-20 (R -> S) reaches thermodynamic equilibrium values already at the upper diagenesis (similar to 150 degrees C) whereas the epimerisation at C-14 and C-17 (alpha alpha ->beta beta) arrives to constant values in the lower anchizone (similar to 200 degrees C). The ratios Ts vs. 17 alpha(H)-22,29,30-trisnorneohopane [(Ts/(Ts + Tm)] and 18 alpha(H)-30-norneohopane (C29Ts) vs. 17 alpha(H),21 beta(H)-30-norhopane [C29Ts/(C29Ts + C-29)] increase until the medium anchizone (200 to 250 degrees C) from 0.0 to 0.96 and from 0.0 to 0.44, respectively. An opposite trend owards lower values is observed in the higher metamorphic samples. The occurrence of specific hydrocarbons (e.g., n-alkylcyclopentanes, cadalene, hydrogenated aromatic compounds) in metamorphic samples points to kerogen degradation reactions most probably occurring in the presence of water and under reducing conditions. The changes of hydrocarbon distributions and carbon isotopic compositions of n-alkanes related to metamorphism suggest that the organic geochemistry may help to evaluate the lowest grades of prograde metamorphism. Copyright (c) 2005 Elsevier Ltd.

CHARACTERISATION OF ARABIDOPSIS THALIANA PERMEABLE CUTICLE MUTANTS SHOWING A STRONG RESISTANCE TO BOTRYTIS CINEREA

La cuticule des plantes, composée de cutine, un polyester lipidique complexe et de cires cuticulaires, couvre l'épiderme de la plupart des parties aériennes des plantes. Elle est constituée d'une barrière hydrophobique primaire qui minimise les pertes en eau et en soluté et protège l'organisme de différents stress environnementaux tels que les rayons UV, la dessiccation et l'infection par des pathogènes. Elle est aussi impliquée dans la délimitation des organes durant le développement. La cutine est un polyester qui, dans la plupart des espèces végétales, est principalement composé d'acides gras ω-hydroxylés composé de 16 à 18 carbones. Cependant, la cutine des feuilles d'Arabidopsis a une composition différente et est principalement constituée d'acides dicarboxyliques à 16-18 carbones. Les cires sont présentes dans le polyester de la cutine ou le recouvrent. Chez Arabidopsis, un nombre de mutants, tel que 1er, bdg, hth, att1, wbc11, et des plantes transgéniques avec différents changement dans la structure de la cuticule dans les feuilles et la tige, ont récemment été décrits et servent d'outils pour étudier la relation entre la structure et la fonction de la cuticule.7 mutants d'Arabidopsis ont été isolés par une méthode de coloration qui permet de détecter une augmentation dans la perméabilité cuticulaire. Ces mutants ont été appelés pec pour permeable cuticle.Pour la première partie de mon projet, j'ai principalement travaillé avec pec9/bre1 (permeable cuticle 9/botrytis resistance 1). PEC9/BRE1 a été identifié comme étant LACS2 (LONG CHAIN ACYL-CoA SYNTHETASE 2). Dans ce mutant, la cuticule n'est pas visible sous microscopie électronique et la quantité en acides gras omega- hydroxylés et en leurs dérivés est fortement réduite. Ces altérations conduisent à une plus grande perméabilité de la cuticule qui est mise en évidence par une plus grande sensibilité à la sécheresse et aux xénobiotiques et une coloration plus rapide par bleu de toluidine. Le mutant Iacs2 démontre aussi une grande capacité de résistance à l'infection du champignon nécrotrophique B. cinerea. Cette résistance est due à l'extrusion sur les feuilles d'un composé antifongique durant l'infection. Ce travail a été publié dans EMBO journal (Bessire et al., 2007, EMBO Journal).Mon second projet était principalement concentré sur pec1, un autre mutant isolé par le premier crible. La caractérisation de pec1 a révélé des phénotypes similaires à ceux de Iacs2, mais à chaque fois dans des proportions moindres : sensibilité accrue à la sécheresse et aux herbicides, plus grande perméabilité au bleu de toluidine et au calcofluor white, altération de la structure cuticulaire et résistance à B. cinerea à travers la même activité antifongique. PEC1 a été identifié comme étant AtPDR4. Ce gène code pour un transporteur ABC de la famille PDR ("Pleiotropic Drugs Resistance") qui sont des transporteurs ayants un large spectre de substrats. Le mutant se différencie de Iacs2, en cela que la composition en acides gras de la cuticule n'est pas autant altérée. C'est principalement le dihydroxypalmitate des fleurs dont la quantité est réduite. L'expression du gène marqué avec une GFP sous le contrôle du promoteur endogène a permis de localiser le transporteur au niveau de la membrane plasmique des cellules de l'épiderme, de manière polaire. En effet, la protéine est principalement dirigée vers l'extérieure de la plante, là où se trouve la cuticule, suggérant une implication d'AtPDR4 dans le transport de composants de la cuticule. Ce travail est actuellement soumis à Plant Cell.Une étude phylogénétique a aussi montré qu'AtPDR4 était très proche d'OsPDR6 du riz. Le mutant du riz a d'ailleurs montré des phénotypes de nanisme et de perméabilité similaire au mutant chez Arabidopsis.AbstractThe cuticle, consisting principally of cutin and cuticular waxes, is a hydrophobic layer of lipidic nature, which covers all aerial parts of plants and protects them from different abiotic and biotic stresses. Recently, the research in this area has given us a better understanding of the structure and the formation of the cuticle. The Arabidopsis mutants permeable cuticle 1 (peel) and botrytis resistance 1 (brel) were identified in two screens to identify permeable cuticles. The screens used the fluorescent dye calcofluor to measure permeability and also resistance to the fungal pathogen Botrytis. These mutants have highly permeable cuticle characteristics such as higher water loss, intake of chemicals through the cuticle, higher resistance to Botrytis cinerea infection, and organ fusion.BRE1 was cloned and found to be LACS2, a gene previously identified which is important in the formation and biosynthetic pathway of the cuticle. In brel, the amount of the major component of cutin in Arabidopsis leaves and stems, dicarboxylic acids, is five times lower than in the wild type. Moreover, the permeability of the cuticle allows the release of antifungal compounds at the leaf surface that inhibits the growth of two necrotrophic fungi: Botrytis cinerea and Sclerotinia sclerotiorum.PEC1 was identified as AtPDR4, a gene that codes for a plasma membrane transporter of the Pleiotropic Drug Resistance family, a sub-family of the ABC- transporters. AtPDR4 is strongly expressed in the epidermis of expanding tissues. In the epidermis it is located in a polar manner on the external plasma membrane, facing the cuticle. Analysis of the monomer composition of the cutin reveals that in this mutant the amount of hydroxy-acids and dihydroxy-palmitate is 2-3 times lower in flowers, in which organ these cutin monomers are the major components. Thus AtPDR4 is thought to function as a putative cutin monomer transporter.

Effects of L-carnitine supplemented total parenteral nutrition on lipid and energy metabolism in postoperative stress.

During episodes of trauma carnitine-free total parenteral nutrition (TPN) may result in a reduction of the total body carnitine pool, leading to a diminished rate of fat oxidation. Sixteen patients undergoing esophagectomy were divided randomly in two equal isonitrogenous groups (0.2 g/kg.day). Both received TPN (35 kcal/kg.day; equally provided as long-chain triglycerides and glucose) over 11 days without (group A) and with (group B) L-carnitine supplementation (12 mg/kg.day = 75 mumol/kg.day). Compared with healthy controls, the total body carnitine pool prior to the operation was significantly reduced in both groups, suggesting a state of semistarvation and muscle wasting. In group A the plasma levels of total carnitine and its subfractions (free carnitine, short- and long-chain acylcarnitine) remained stable during the study whereas in group B the total plasma carnitine concentration rose mainly due to an increase in free carnitine. In group A the cumulative urinary carnitine losses were 11.5 +/- 2.6 mmol (= 15.5 +/- 3.1% of the estimated total body carnitine pool). In group B 3.1 +/- 1.9 mmol (= 11.1 +/- 7.6%) of the infused carnitine was retained in the immediate postoperative phase until day 6, but this amount was completely lost at completion of the study period. No significant differences in the respiratory quotient or in the plasma levels of triglycerides, free fatty acids, and ketone bodies were observed, between or within the groups, before the operation and after 11 days of treatment. It is concluded that the usefulness of carnitine supplementation during postoperative TPN was not apparent in the present patient material.

Exploring the mechanisms regulating nutrient bioavailability and lipid metabolism through a nutrigenomics approach

SUMMARY Following the complete sequencing of the human genome, the field of nutrition has begun utilizing this vast quantity of information to comprehensively explore the interactions between diet and genes. This approach, coined nutrigenomics, aims to determine the influence of common dietary ingredients on the genome, and attempts to relate the resulting different phenotypes to differences in the cellular and/or genetic response of the biological system. However, complementary to defining the biological outcomes of dietary ingredients, we must also understand the influence of the multiple factors (such as the microbiota, bile, and function of transporters) that may contribute to the bioavailability, and ultimately bioefficacy, of these ingredients. The gastrointestinal tract (GIT) is the body's foremost tissue boundary, interacting with nutrients, exogenous compounds and microbiota, and whose condition is influenced by the complex interplay between these environmental factors and genetic elements. In order to understand GIT nutrient-gene interactions, our goal was to comprehensively elucidate the region-specific gene expression underlying intestinal functions. We found important regional differences in the expression of members of the ATP-binding cassette family of transporters in the mouse intestine, suggesting that absorption of dietary compounds may vary along the GIT. Furthermore, the influence of the microbiota on host gene expression indicated that this luminal factor predominantly influences immune function and water transport throughout the GIT; however, the identification of region-specific functions suggest distinct host-bacterial interactions along the GIT. Thus, these findings reinforce that to understand nutrient bioavailability and GIT function, one must consider the physiologically distinct regions of the gut. Nutritional molecules absorbed by the enterocytes of the GIT enter circulation and will be selectively absorbed and metabolised by tissues throughout the body; however, their bioefficacy in the body will depend on the unique and shared molecular mechanisms of the various tissues. Using a nutrigenomic approach, the biological responses of the liver and hippocampus of mice fed different long chain-polyunsaturated fatty acids diets revealed tissue-specific responses. Furthermore, we identified stearoyl-CoA desaturase as a hepatic target for arachidonic acid, suggesting a potentially novel molecular mechanism that may protect against diet-induced obesity. In summary, this work begins to unveil the fundamentally important role that nutrigenomics will play in unravelling the molecular mechanisms, and those exogenous factors capable of influencing these mechanisms, that regulate the bioefficacy of nutritional molecules. RÉSUMÉ Suite au séquençage complet du génome humain, le domaine de la nutrition a commencé à utiliser cette vaste quantité d'information pour explorer de manière globale les interactions entre la nourriture et les gènes. Cette approche, appelée « nutrigenomics », a pour but de déterminer l'influence d'ingrédients couramment utilisés dans l'alimentation sur le génome, et d'essayer de relier ces différents phénotypes, ainsi révélés, à des différences de réponses cellulaires et/ou génétiques. Cependant, en plus de définir les effets biologiques d'ingrédients alimentaires, il est important de comprendre l'influence des multiples facteurs (telle que la microflore, la bile et la fonction des transporteurs) pouvant contribuer à la bio- disponibilité et par conséquent à l'efficacité de ces ingrédients. Le tractus gastro-intestinal (TGI), qui est la première barrière vers les tissus, interagit avec les nutriments, les composés exogènes et la microflore. La fonction de cet organe est influencée par les interactions complexes entre les facteurs environnementaux et les éléments génétiques. Dans le but de comprendre les interactions entre les nutriments et les gènes au niveau du TGI, notre objectif a été de décrire de manière globale l'expression génique spécifique de chaque région de l'intestin définissant leurs fonctions. Nous avons trouvé d'importantes différences régionales dans l'expression des transporteurs de la famille des « ATP-binding cassette transporter » dans l'intestin de souris, suggérant que l'absorption des composés alimentaires puisse varier le long de l'intestin. De plus, l'étude des effets de la microflore sur l'expression des gènes hôtes a indiqué que ce facteur de la lumière intestinale influence surtout la fonction immunitaire et le transport de l'eau à travers l'intestin. Cependant, l'identification des fonctions spécifiques de chaque région suggère des interactions distinctes entre l'hôte et les bactéries le long de l'intestin. Ainsi, ces résultats renforcent l'idée que la compréhension de la bio-disponibilité des nutriments, et par conséquent la fonction du TGI, doit prendre en considération les différences régionales. Les molécules nutritionnelles transportées par les entérocytes jusqu'à la circulation sanguine, sont ensuite sélectivement absorbées et métabolisées par les différents tissus de l'organisme. Cependant, leur efficacité biologique dépendra du mécanisme commun ou spécifique de chaque tissu. En utilisant une approche « nutriogenomics », nous avons pu mettre en évidence les réponses biologiques spécifiques du foie et de l'hippocampe de souris nourris avec des régimes supplémentés avec différents acides gras poly-insaturés à chaîne longue. De plus, nous avons identifié la stearoyl-CoA desaturase comme une cible hépatique pour l'acide arachidonique, suggérant un nouveau mécanisme moléculaire pouvant potentiellement protéger contre le développement de l'obésité. En résumé, ce travail a permis de dévoiler le rôle fondamental qu'une approche telle que la « nutrigenomics » peut jouer dans le décryptage des mécanismes moléculaires et de leur régulation par des facteurs exogènes, qui ensemble vont contrôler l'efficacité biologique des nutriments.

Fish oil after abdominal aorta aneurysm surgery

OBJECTIVE: Fish oil (FO) may attenuate the inflammatory response after major surgery such as abdominal aortic aneurysm (AAA) surgery. We aimed at evaluating the clinical impact and safety aspects of a FO containing parenteral nutrition (PN) after AAA surgery. METHODS: Intervention consisted in 4 days of either standard (STD: Lipofundin medium-chain triglyceride (MCT): long-chain triglyceride (LCT)50%-MCT50%) or FO containing PN (FO: Lipoplus: LCT40%-MCT50%-FO10%). Energy target were set at 1.3 times the preoperative resting energy expenditure by indirect calorimetry. Blood sampling on days 0, 2, 3 and 4. Glucose turnover by the (2)H(2)-glucose method. Muscle microdialysis. Clinical data: maximal daily T degrees, intensive care unit (ICU) and hospital stay. RESULTS: Both solutions were clinically well tolerated, without any differences in laboratory safety parameters, inflammatory, metabolic data, or in organ failures. Plasma tocopherol increased similarly; with FO, docosahexaenoic and eicosapentaenoic acid increased significantly by day 4 versus baseline or STD. To increased postoperatively, with a trend to lower values in FO group (P=0.09). After FO, a trend toward shorter ICU stay (1.6+/-0.4 versus 2.3+/-0.4), and hospital stay (9.9+/-2.4 versus 11.3+/-2.7 days: P=0.19) was observed. CONCLUSIONS: Both lipid emulsions were well tolerated. FO-PN enhanced the plasma n-3 polyunsaturated fatty acid content, and was associated with trends to lower body temperature and shorter length of stay.

Peroxisomal and microsomal lipid pathways associated with resistance to hepatic steatosis and reduced pro-inflammatory state.

Accumulation of fat in the liver increases the risk to develop fibrosis and cirrhosis and is associated with development of the metabolic syndrome. Here, to identify genes or gene pathways that may underlie the genetic susceptibility to fat accumulation in liver, we studied A/J and C57Bl/6 mice that are resistant and sensitive to diet-induced hepatosteatosis and obesity, respectively. We performed comparative transcriptomic and lipidomic analysis of the livers of both strains of mice fed a high fat diet for 2, 10, and 30 days. We found that resistance to steatosis in A/J mice was associated with the following: (i) a coordinated up-regulation of 10 genes controlling peroxisome biogenesis and β-oxidation; (ii) an increased expression of the elongase Elovl5 and desaturases Fads1 and Fads2. In agreement with these observations, peroxisomal β-oxidation was increased in livers of A/J mice, and lipidomic analysis showed increased concentrations of long chain fatty acid-containing triglycerides, arachidonic acid-containing lysophosphatidylcholine, and 2-arachidonylglycerol, a cannabinoid receptor agonist. We found that the anti-inflammatory CB2 receptor was the main hepatic cannabinoid receptor, which was highly expressed in Kupffer cells. We further found that A/J mice had a lower pro-inflammatory state as determined by lower plasma levels and IL-1β and granulocyte-CSF and reduced hepatic expression of their mRNAs, which were found only in Kupffer cells. This suggests that increased 2-arachidonylglycerol production may limit Kupffer cell activity. Collectively, our data suggest that genetic variations in the expression of peroxisomal β-oxidation genes and of genes controlling the production of an anti-inflammatory lipid may underlie the differential susceptibility to diet-induced hepatic steatosis and pro-inflammatory state.

Sex and clock to discover new PPARα functions

Summary : PPARα is a ligand-activated transcription factor that is a member of the nuclear receptor superfamily. In rodents, PPARα is highly expressed in liver, especially in parenchymal cells, where it has an impact on several hepatic functions such as nutrient metabolism, inflammation and metabolic stress. Ligands for PPARα comprise long chain unsaturated fatty acids, eicosanoids and lipid lowering fibrate drugs. In liver, many metabolic processes are orchestrated by the hepatic circadian clock. The aim of the hepatic clock is to synchronize cellular pathways allowing animals to adapt their metabolism to predictable daily changes in the environment. Indeed, similar to PPARα, the hepatic clock influences nutrient metabolism and detoxification through circadian output regulators :the PAR-domain basic leucine zipper proteins called PAR blip proteins. In this report, we showed that through a positive feedback loop mechanism, PAR. blip, proteins participate to the availability of PPARα endogenous ligands that contribute to the circadian expression and functions of PPARα. Interestingly, we also discovered some unexpected hepatic sexual dimorphic functions of PPARα. These functions are determined b PPARα sumoylation, interaction with DNA methylation mechanism and with unexpected proteins with gender specificity. The connection between circadian clock and hepatic sexual dimorphism opens new perspectives regarding the chronobiology of PPARα activity and the beneficial effects of PPARα agonist in the treatment of diseases related to steroid hormones metabolism characterized by inflammation and hepatotoxicity. Résumé : PPARα est un facteur de transcription activé par un ligand, membre de la superfamille des récepteurs nucléaires. Chez les rongeurs, PPARα est fortement exprimé dans le foie, spécialement dans les cellules du parenchyme dans lesquelles il joue un role important dans les fonctions hépatiques tels que le métabolisme des nutriments, l'inflammation et les stress métaboliques. Les ligands pour PPARα comprennent les acides gras à longues chaînes, les eicosanoides et les médicaments hypolipidémiques (fibrates). Dans le foie, beaucoup de processus métaboliques sont orchestrés par l'horloge circadienne hépatique. Le but de cette horloge est de synchroniser les voies métaboliqués permettant aux animaux d'adapter leurs métabolismes aux changements journaliers. Ainsi, l'horloge hépatique influence le métabolisme des nutriments tels que l'utilisation des lipides à travers certains régulateurs circadians appelés facteurs de transcription PAR bZips. Dans ce mémoire, nous avons montré qu'à travers une boucle de régulation, les protéines PAR bZip contrôlent la production des ligands endogènes à PPARα, jouant un rôle dans l'expression circadienne et les fonctions de PPARα. Nous avons également découvert des aspects méconnus des fonctions liées au dimorphisme sexuel de PPARα. Nous avons montré que PPARα est différemment sumoylisé entre les sexes et interagit avec la méthylation de l'ADN ainsi qu'avec des protéines insoupçonnées comme partenaires de PPARα. De part leur lien avec l'horloge circadienne et le dimorphisme sexuel, nos découvertes ouvrent de nouvelles perspectives concernant la chronobiologie de l'activité de PPARα et les effets bénéfiques des ses activateurs dans le traitement des maladies liées au métabolisme des hormones stéroides.

Transmission Fourier transform infrared microspectroscopy allows simultaneous assessment of cutin and cell-wall polysaccharides of Arabidopsis petals.

A procedure for the simultaneous analysis of cell-wall polysaccharides, amides and aliphatic polyesters by transmission Fourier transform infrared microspectroscopy (FTIR) has been established for Arabidopsis petals. The combination of FTIR imaging with spectra derivatization revealed that petals, in contrast to other organs, have a characteristic chemical zoning with high amount of aliphatic compounds and esters in the lamina and of polysaccharides in the stalk of the petal. The hinge region of petals was particular rich in amides as well as in vibrations potentially associated with hemicellulose. In addition, a number of other distribution patterns have been identified. Analyses of mutants in cutin deposition confirmed that vibrations of aliphatic compounds and esters present in the lamina were largely associated with the cuticular polyester. Calculation of spectrotypes, including the standard deviation of intensities, allowed detailed comparison of the spectral features of various mutants. The spectrotypes not only revealed differences in the amount of polyesters in cutin mutants, but also changes in other compound classes. For example, in addition to the expected strong deficiencies in polyester content, the long-chain acyl CoA synthase 2 mutant showed increased intensities of vibrations in a wavelength range that is typical for polysaccharides. Identical spectral features were observed in quasimodo2, a cell-wall mutant of Arabidopsis with a defect in pectin formation that exhibits increased cellulose synthase activity. FTIR thus proved to be a convenient method for the identification and characterization of mutants affected in the deposition of cutin in petals.

A permeable cuticle in Arabidopsis leads to a strong resistance to Botrytis cinerea.

The plant cuticle composed of cutin, a lipid-derived polyester, and cuticular waxes covers the aerial portions of plants and constitutes a hydrophobic extracellular matrix layer that protects plants against environmental stresses. The botrytis-resistant 1 (bre1) mutant of Arabidopsis reveals that a permeable cuticle does not facilitate the entry of fungal pathogens in general, but surprisingly causes an arrest of invasion by Botrytis. BRE1 was identified to be long-chain acyl-CoA synthetase2 (LACS2) that has previously been shown to be involved in cuticle development and was here found to be essential for cutin biosynthesis. bre1/lacs2 has a five-fold reduction in dicarboxylic acids, the typical monomers of Arabidopsis cutin. Comparison of bre1/lacs2 with the mutants lacerata and hothead revealed that an increased permeability of the cuticle facilitates perception of putative elicitors in potato dextrose broth, leading to the presence of antifungal compound(s) at the surface of Arabidopsis plants that confer resistance to Botrytis and Sclerotinia. Arabidopsis plants with a permeable cuticle have thus an altered perception of their environment and change their physiology accordingly.