Effects of Sucroferric Oxyhydroxide Compared to Lanthanum Carbonate and Sevelamer Carbonate on Phosphate Homeostasis and Vascular Calcifications in a Rat Model of Chronic Kidney Failure.

Elevated serum phosphorus, calcium, and fibroblast growth factor 23 (FGF23) levels are associated with cardiovascular disease in chronic renal disease. This study evaluated the effects of sucroferric oxyhydroxide (PA21), a new iron-based phosphate binder, versus lanthanum carbonate (La) and sevelamer carbonate (Se), on serum FGF23, phosphorus, calcium, and intact parathyroid hormone (iPTH) concentrations, and the development of vascular calcification in adenine-induced chronic renal failure (CRF) rats. After induction of CRF, renal function was significantly impaired in all groups: uremic rats developed severe hyperphosphatemia, and serum iPTH increased significantly. All uremic rats (except controls) then received phosphate binders for 4 weeks. Hyperphosphatemia and increased serum iPTH were controlled to a similar extent in all phosphate binder-treatment groups. Only sucroferric oxyhydroxide was associated with significantly decreased FGF23. Vascular calcifications of the thoracic aorta were decreased by all three phosphate binders. Calcifications were better prevented at the superior part of the thoracic and abdominal aorta in the PA21 treated rats. In adenine-induced CRF rats, sucroferric oxyhydroxide was as effective as La and Se in controlling hyperphosphatemia, secondary hyperparathyroidism, and vascular calcifications. The role of FGF23 in calcification remains to be confirmed.

Podoconiosis in the Ethiopian Rift Valley - Role of beryllium and zirconium

A geogenic origin has been proposed in the aetiology of non-filarial elephantiasis of the feet and legs, recently renamed podoconiosis. Soil collected in an area of the Ethiopian Rift Valley, the borough of Ocholo, known for its high prevalence of podoconiosis (5.06%), has been submitted to mineral analysis. High values of sulphur (S), cerium (Ce), lanthanum (La) and neodymium (Nd), typical for basaltic bedrocks, were found. Of special interest were the values for zirconium (Zr) and beryllium (Be), 618 +/- 87 ppm and 4.6 +/- 0.5 ppm respectively, twice as high as those recorded for soils sampled in neighbouring areas where the prevalence of podoconiosis is low. To be noted also, a high content in vanadium, above 250 ppm, in half of the soil samples collected in this region. Year-long exposure of unprotected feet to Zr and Be, known for their ability to induce granuloma formation in the lymphoid tissue of man, and present in a clay rich in colloidal silica particle, highly abrasive to skin, is doubtlessly a factor involved in the development of lymph node sclerosis leading to elephantiasis.

Characterization of the tonoplast Ca2+/H+ antiport system from maize roots.

The tonoplast calcium Ca2+/H+ antiport system of maize (Zea mays L. cv LG 11) roots was characterized using the ''pH jump'' technique in order to avoid interference from the tonoplast proton and Ca2+ pumps. Ca2+ uptake was recorded in the presence of different inhibitors and divalent ions. Chemical modification of amino acid residues of the antiport was used to elucidate the amino acid residues participating in the Ca2+ transport activity. The Ca2+/H+ antiport activity was found to be strongly inhibited by ruthenium red and verapamil, whereas diethylstilbestrol was less effective. Vanadate, erythrosin B, cyclopiazonic acid, bafilomycin, thapsigargin, N,N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCCD) and 4,4'-diisothiocyanatostilbene-2,2'-disulfonate (DIDS) were without effect. Lanthanum and divalent ions were strongly inhibitory (Cd2+ > Mn2+ > Sr2+ > Ba2+). While reagents modifying sulfhydryl groups (N-ethylmaleimide and 5,5'-dithio-bis(2-nitrobenzoate)) did not affect the antiport activity, modification of trytophan residues (N-bromosuccinimide) was strongly inhibitory. We conclude that ruthenium red, verapamil, lanthanum and divalent cations directly inhibit Ca2+ uptake independent of the function of the proton and Ca2+ pumps. Moreover, the results of chemically modified amino acid residues suggest that sulfhydryl groups are not involved in Ca2+ transport, while tryptophan residues seem important for this translocation.

The peroxisome proliferator-activated receptor alpha is a phosphoprotein: regulation by insulin.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) are members of the nuclear hormone receptor superfamily implicated in adipocyte differentiation. The observations that PPAR alpha is a regulator of hepatic lipid metabolism and that the insulin-sensitizing thiazolidinediones are ligands for PPAR gamma suggest that cross-talk might exist between insulin signaling and PPAR activity, possibly through insulin-induced PPAR phosphorylation. Immunoprecipitation of endogenous PPAR alpha from primary rat adipocytes prelabeled with [32P]-orthophosphate and pretreated for 2 h with vanadate and okadaic acid demonstrated for the first time that PPAR alpha is a phosphoprotein in vivo. Treatment with insulin induced a time-dependent increase in PPAR phosphorylation showing a 3-fold increase after 30 min. Insulin also increased the phosphorylation of human PPAR alpha expressed in CV-1 cells. These changes in phosphorylation were paralleled by enhanced transcriptional activity of PPAR alpha and gamma. Transfection studies in CV-1 cells and HepG2 cells revealed a nearly 2-fold increase of PPAR activity in the presence of insulin. In contrast, insulin had no effect on the transcriptional activity of transfected thyroid hormone receptor in CV-1 cells, suggesting a PPAR-specific effect. Thus, insulin stimulates PPAR alpha phosphorylation and enhances the transcriptional activity of PPAR, suggesting that the transcriptional activity of this nuclear hormone receptor might be modulated by insulin-mediated phosphorylation.

Characterization of polyphosphate synthesis by isolated yeast vacuoles

Polyphosphate (iPOP) is a linear polymer of orthophosphate units linked together by high energy phosphoanhydride bonds. It is found in all organisms, localized in organelles called acidocalcisomes and ranges from a few to few hundred monomers in length. iPOP has been found to play a vast array of roles in all organisms, including phosphate and energy metabolism, regulation of enzymes, virulence, pathogenicity, bone remodelling and blood clotting, among many others. Recently it was found that iPOP levels were increased in myeloma cells. The growing interest in iPOP in human cell lines makes it an interesting molecule to study. However, not much is known about its metabolism in eukaryotes. Acidocalcisomes are electron dense, acidic organelles that belong to the group of Lysosome Related Organelles (LROs). The conservation of acidocalcisomes among all kingdoms of life is suggestive of their important roles for the organisms. However, they are difficult to analyse because of limited biochemical tools for investigation. Yeast vacuoles present remarkable similarities to acidocalcisomes in terms of their physiological and structural features, including synthesis and storage of iPOP, which make them an ideal candidate to study biological processes which are shared between vacuoles and acidocalcisomes. The availability of tools for genetic manipulation and isolation of vacuoles makes yeast a candidate of choice for the characterization of iPOP synthesis in eukaryotes. Our group has identified the Vacuolar Transporter Chaperone (VTC) complex as iPOP polymerase and identified the catalytic subunit (Vtc4). The goal of my study was to characterize the process of iPOP synthesis by isolated vacuoles and to reconstitute iPOP synthesis in liposomes. The first step was to develop a method for monitoring iPOP by isolated vacuoles over time and comparing it with previously known methods. Next, a detailed characterization was performed to determine the modulators of the process, both for intact as well as solubilized vacuoles. Finally, attempts were made to purify the VTC complex and reconstitute it in liposomes. A parallel line of study was the translocation and storage of synthesized iPOP in the lumen of the vacuoles. As a result of this study, it is possible to determine distinct pools of iPOP- inside and outside the vacuolar lumen. Additionally, I establish that the vacuolar lysate withstands harsh steps during reconstitution on liposomes and retains iPOP synthesizing activity. The next steps will be purification of the intact VTC complex and its structure determination by cryo-electron microscopy. - Les organismes vivants sont composés d'une ou plusieurs cellules responsables des processus biologiques élémentaires tels que la digestion, la respiration, la synthèse et la reproduction. Leur environnement interne est en équilibre et ils réalisent un très grand nombre de réactions chimiques et biochimiques pour maintenir cet équilibre. A différents compartiments cellulaires, ou organelles, sont attribuées des tâches spécifiques pour maintenir les cellules en vie. L'étude de ces fonctions permet une meilleure compréhension de la vie et des organismes vivants. De nombreux processus sont bien connus et caractérisés mais d'autres nécessitent encore des investigations détaillées. L'un de ces processus est le métabolisme des polyphosphates. Ces molécules sont des polymères linéaires de phosphate inorganique dont la taille peut varier de quelques dizaines à quelques centaines d'unités élémentaires. Ils sont présents dans tous les organismes, des bactéries à l'homme. Ils sont localisés principalement dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes, des organelles acides observés en microscopie électronique comme des structures denses aux électrons. Les polyphosphates jouent un rôle important dans le stockage et le métabolisme de l'énergie, la réponse au stress, la virulence, la pathogénicité et la résistance aux drogues. Chez l'homme, ils sont impliqués dans la coagulation du sang et le remodelage osseux. De nouvelles fonctions biologiques des polyphosphates sont encore découvertes, ce qui accroît l'intérêt des chercheurs pour ces molécules. Bien que des progrès considérables ont été réalisés afin de comprendre la fonction des polyphosphates chez les bactéries, ce qui concerne la synthèse, le stockage et la dégradation des polyphosphates chez les eucaryotes est mal connu. Les vacuoles de la levure Saccharomyces cerevisiae sont similaires aux acidocalcisomes des organismes supérieurs en termes de structure et de fonction. Les acidocalcisomes sont difficiles à étudier car il n'existe que peu d'outils génétiques et biochimiques qui permettent leur caractérisation. En revanche, les vacuoles peuvent être aisément isolées des cellules vivantes et manipulées génétiquement. Les vacuoles comme les acidocalcisomes synthétisent et stockent les polyphosphates. Ainsi, les découvertes faites grâce aux vacuoles de levures peuvent être extrapolées aux acidocalcisomes des organismes supérieurs. Le but de mon projet était de caractériser la synthèse des polyphosphates par des vacuoles isolées. Au cours de mon travail de thèse, j'ai mis au point une méthode de mesure de la synthèse des polyphosphates par des organelles purifés. Ensuite, j'ai identifié des composés qui modulent la réaction enzymatique lorsque celle-ci a lieu dans la vacuole ou après solubilisation de l'organelle. J'ai ainsi pu mettre en évidence deux groupes distincts de polyphosphates dans le système : ceux au-dehors de la vacuole et ceux en-dedans de l'organelle. Cette observation suggère donc très fortement que les vacuoles non seulement synthétisent les polyphosphates mais aussi transfère les molécules synthétisées de l'extérieur vers l'intérieur de l'organelle. Il est très vraisemblable que les vacuoles régulent le renouvellement des polyphosphates qu'elles conservent, en réponse à des signaux cellulaires. Des essais de purification de l'enzyme synthétisant les polyphosphates ainsi que sa reconstitution dans des liposomes ont également été entrepris. Ainsi, mon travail présente de nouveaux aspects de la synthèse des polyphosphates chez les eucaryotes et les résultats devraient encourager l'élucidation de mécanismes similaires chez les organismes supérieurs. - Les polyphosphates (iPOP) sont des polymères linéaires de phosphates inorganiques liés par des liaisons phosphoanhydres de haute énergie. Ces molécules sont présentes dans tous les organismes et localisées dans des compartiments cellulaires appelés acidocalcisomes. Elles varient en taille de quelques dizaines à quelques centaines d'unités phosphate. Des fonctions nombreuses et variées ont été attribuées aux iPOP dont un rôle dans les métabolismes de l'énergie et du phosphate, dans la régulation d'activités enzymatiques, la virulence, la pathogénicité, le remodelage osseux et la coagulation sanguine. Il a récemment été montré que les cellules de myélome contiennent une grande quantité de iPOP. Il y donc un intérêt croissant pour les iPOP dans les lignées cellulaires humaines. Cependant, très peu d'informations sur le métabolisme des iPOP chez les eucaryotes sont disponibles. Les acidocalcisomes sont des compartiments acides et denses aux électrons. Ils font partie du groupe des organelles similaires aux lysosomes (LROs pour Lysosome Related Organelles). Le fait que les acidocalcisomes soient conservés dans tous les règnes du vivant montrent l'importance de ces compartiments pour les organismes. Cependant, l'analyse de ces organelles est rendue difficile par l'existence d'un nombre limité d'outils biochimiques permettant leur caractérisation. Les vacuoles de levures possèdent des aspects structuraux et physiologiques très similaires à ceux des acidocalcisomes. Par exemple, ils synthétisent et gardent en réserve les iPOP. Ceci fait des vacuoles de levure un modèle idéal pour l'étude de processus biologiques conservés chez les vacuoles et les acidocalcisomes. De plus, la levure est un organisme de choix pour l'étude de la synthèse des iPOP compte-tenu de l'existence de nombreux outils génétiques et la possibilité d'isoler des vacuoles fonctionnelles. Notre groupe a identifié le complexe VTC (Vacuole transporter Chaperone) comme étant responsable de la synthèse des iPOP et la sous-unité Vtc4p comme celle possédant l'activité catalytique. L'objectif de cette étude était de caractériser le processus de synthèse des iPOP en utilisant des vacuoles isolées et de reconstituer la synthèse des iPOP dans des liposomes. La première étape a consisté en la mise au point d'un dosage permettant la mesure de la quantité de iPOP synthétisés par les organelles isolés en fonction du temps. Cette nouvelle méthode a été comparée aux méthodes décrites précédemment dans la littérature. Ensuite, la caractérisation détaillée du processus a permis d'identifier des composés modulateurs de la réaction à la fois pour des vacuoles intactes et des vacuoles solubilisées. Enfin, des essais de purification du complexe VTC et sa reconstitution dans des liposomes ont été entrepris. De façon parallèle, une étude sur la translocation et le stockage des iPOP dans le lumen des vacuoles a été menée. Il a ainsi été possible de mettre en évidence différents groupes de iPOP : les iPOP localisés à l'intérieur et ceux localisés à l'extérieur des vacuoles isolées. De plus, nous avons observé que le lysat vacuolaire n'est pas détérioré par les étapes de reconstitution dans les liposomes et conserve l'activité de synthèse des iPOP. Les prochaines étapes consisteront en la purification du complexe intact et de la détermination de sa structure par cryo-microscopie électronique.