Oxidative potential of a panel of carbonaceous and metallic nanoparticles

Characterisation of nanoparticles (NP) based on size distribution, surface area, reactivity, and aggregation status of nanoparticles (NP) are of prime importance because they are usually closely related to toxicity. To date, most of the toxicity studies are quite time and money consuming. In the present study we report the oxidative properties of a panel of various NP (four Carbonaceous, nine Metal oxides, and one Metal as showed in Table 1) assessed with an acellular reactivity test measuring dithiothreitol (DTT) consumption (Sauvain et al. 2008). Such a test allows determining the ability of NP to catalyse the transfer of electrons from DTT to oxygen. DTT is used as a reductant species. NP were diluted and sonicated in Tween 80® to a final concentration of 50 g/mL. Printex 90 was diluted 5 times before doing the DTT assay because of its expected higher activity. Suspensions were characterised for NP size distribution by Nanoparticle Tracking Analysis (Nanosight©). Fresh solutions were incubated with DTT (100 μM). Aliquots were taken every 5 min and the remaining DTT was determined by reacting it with DTNB. The reaction rate was determined for NP suspensions and blank in parallel. The mean Brownian size distribution of NP agglomerates in suspension is presented in Table 1. D values correspond to 10th, and 50th percentiles of the particle diameters. All the NP agglomerated in Tween 80 with a D50 size corresponding to at least twice their primary size, except for Al2O3 (300 nm). The DTT test showed Printex 90 sample to be the most reactive one, followed by Diesel EPA and Nanotubes. Most of the metallic NP was nonresponding toward this test, except for NiO and Ag which reacted positively and ZnO which presented the most negative reactivity (see Figure 1). This last observation suggests that electron transfer between DTT and oxygen is hindered in presence of ZnO compared with the blank. Such "stabilization" could be attributable to ZnO dissolution and complexation between Zn2+ ions and DTT.

Identification of amino acid residues in the alpha, beta, and gamma subunits of the epithelial sodium channel (ENaC) involved in amiloride block and ion permeation.

The amiloride-sensitive epithelial Na channel (ENaC) is a heteromultimeric channel made of three alpha beta gamma subunits. The structures involved in the ion permeation pathway have only been partially identified, and the respective contributions of each subunit in the formation of the conduction pore has not yet been established. Using a site-directed mutagenesis approach, we have identified in a short segment preceding the second membrane-spanning domain (the pre-M2 segment) amino acid residues involved in ion permeation and critical for channel block by amiloride. Cys substitutions of Gly residues in beta and gamma subunits at position beta G525 and gamma G537 increased the apparent inhibitory constant (Ki) for amiloride by > 1,000-fold and decreased channel unitary current without affecting ion selectivity. The corresponding mutation S583 to C in the alpha subunit increased amiloride Ki by 20-fold, without changing channel conducting properties. Coexpression of these mutated alpha beta gamma subunits resulted in a non-conducting channel expressed at the cell surface. Finally, these Cys substitutions increased channel affinity for block by external Zn2+ ions, in particular the alpha S583C mutant showing a Ki for Zn2+ of 29 microM. Mutations of residues alpha W582L, or beta G522D also increased amiloride Ki, the later mutation generating a Ca2+ blocking site located 15% within the membrane electric field. These experiments provide strong evidence that alpha beta gamma ENaCs are pore-forming subunits involved in ion permeation through the channel. The pre-M2 segment of alpha beta gamma subunits may form a pore loop structure at the extracellular face of the channel, where amiloride binds within the channel lumen. We propose that amiloride interacts with Na+ ions at an external Na+ binding site preventing ion permeation through the channel pore.

Taux sanguins et sériques d'ions métalliques chez les patients porteurs de PHTs à col modulaire - une étude de cohorte prospective comparative

Les évidences s'accumulent concernant des problèmes de corrosion touchant les prothèses à col modulaires. Plusieurs études récentes révèlent des taux d'ions métalliques élevés. Le but de cette étude était de comparer les taux d'ions métalliques (Co, Cr, Mo, Ti), dans le sérum, chez des porteurs de prothèses à col modulaire, à tige monobloc, ainsi que sans implant. Méthodes Nous avons recruté 60 patients, dont 50 porteurs d'une PTH, unilatérale, sans aucun autre implant, non-cimentée, avec tête en céramique, à minimum 1 année postopératoire. Quarante avaient une tige SPS (Symbios) (Ti6Al4 V) modulaire (col en CoCr) et 10 une SPS monobloc (non-modulaire). Les cupules étaient toutes en alliage de Ti (Ti6Al4 V) avec insert céramique ou PE. Nous avons constitué un groupe témoin sans aucun implant. Dans le groupe o modulaires O, le col a été choisi en préopératoire sur la base d'une planification 3D et assemblé à sec avant implantation. Nous avons prélevé un échantillon sérique, un autre sanguin, qui ont été analysés par spectrométrie de masse, permettant une détermination atomique quantitative. Le résultat clinique a été estimé à l'aide du o Oxford Hip Score O. Résultats Nous avons trouvé un Co sérique moyen à 1,54 Ig L dans le groupe O modulaires O et à 0,32 Ig L dans le groupe o monobloc O avec un p < 0,001. Pour le Cr, on a 1,12 Ig L (modulaires) vs 0,60 Ig L (monoblocs) avec un p < 0,001, pour le Ti 31 Ig L (modulaires) vs 22 Ig L (monoblocs) avec p < 0,001 et pour le Mo, 0,96 Ig L (modulaires) vs 0,74 (monoblocs) avec p = 0,254. Deux patients avaient des valeurs de Co supérieures à 7 Ig L et 11 étaient au-dessus de 1 Ig L, valeur considérée comme limite. Les valeurs dans le sang complet étaient similaires. Nous n'avons pas trouvé de différence significative selon les types de col modulaires (longs vs courts et rétro vs normaux). Curieusement, le taux de Cr était significativement plus élevé chez les patients sans aucun implant que chez les porteurs de SPS monobloc, par contre les différences n'étaient pas significatives pour les autres éléments. Conclusion Les taux sériques et sanguins de ions Co, Cr et Ti étaient significativement plus élevés dans le groupe des patients avec col modulaire, avec 2 valeurs 40 extrêmement hautes et plus de la moitié (11 40) anormalement hautes. Bien que ces valeurs soient inférieures à celles d'autres études, nous avons arrêter d'utiliser de tiges à cols modulaires, et avons initié un suivi annuel des patients porteurs, similaire à celui instauré pour les grosses têtes métal-métal.

In Vivo Systematic Analysis of Candida albicans Zn2-Cys6 Transcription Factors Mutants for Mice Organ Colonization.

The incidence of fungal infections in immuno-compromised patients increased considerably over the last 30 years. New treatments are therefore needed against pathogenic fungi. With Candida albicans as a model, study of host-fungal pathogen interactions might reveal new sources of therapies. Transcription factors (TF) are of interest since they integrate signals from the host environment and participate in an adapted microbial response. TFs of the Zn2-Cys6 class are specific to fungi and are important regulators of fungal metabolism. This work analyzed the importance of the C. albicans Zn2-Cys6 TF for mice kidney colonization. For this purpose, 77 Zn2-Cys6 TF mutants were screened in a systemic mice model of infection by pools of 10 mutants. We developed a simple barcoding strategy to specifically detect each mutant DNA from mice kidney by quantitative PCR. Among the 77 TF mutant strains tested, eight showed a decreased colonization including mutants for orf19.3405, orf19.255, orf19.5133, RGT1, UGA3, orf19.6182, SEF1 and orf19.2646, and four an increased colonization including mutants for orf19.4166, ZFU2, orf19.1685 and UPC2 as compared to the isogenic wild type strain. Our approach was validated by comparable results obtained with the same animal model using a single mutant and the revertant for an ORF (orf19.2646) with still unknown functions. In an attempt to identify putative involvement of such TFs in already known C. albicans virulence mechanisms, we determined their in vitro susceptibility to pH, heat and oxidative stresses, as well as ability to produce hyphae and invade agar. A poor correlation was found between in vitro and in vivo assays, thus suggesting that TFs needed for mice kidney colonization may involve still unknown mechanisms. This large-scale analysis of mice organ colonization by C. albicans can now be extended to other mutant libraries since our in vivo screening strategy can be adapted to any preexisting mutants.

Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acide-Sensing Ion Channels)

RESUME: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse Les canaux sodiques ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) participent à la signalisation neuronale dans les systèmes nerveux périphérique et central. Ces canaux non voltage dépendants sont impliqués dans l'apprentissage, l'expression de la peur, la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et la douleur. Les bases moléculaires sous-tendant leur activité ne sont pas encore totalement comprises. Ces canaux sont activés par une acidification du milieu extracellulaire et régulés, entre autres, par des ions tels que le Ca2+, le Zn2+ et le CI". La cristallisation de ASIC inactivé a été publiée. Le canal est un trimére de sous-unités identiques ou homologues. Chaque sous-unité a été décrite en analogie à un avant bras, un poignet et une main constituée d'un pouce, d'un doigt, d'une articulation, une boule β et une paume. Nous avons appliqué une approche bioinformatique systématique pour identifier les pH senseurs putatifs de ASICIa. Le rôle des pH senseurs putatifs a été testé par mutagénèse dirigée et des modifications chimiques combinées à une analyse fonctionnelle afin de comprendre comment les variations de ρ H ouvrent ces canaux. Les pH senseurs sont des acides aspartiques et glutamiques éparpillés sur la boucle extracellulaire suggérant que les changements de pH contrôlent l'activation et l'inactivation de ASIC en (dé)protonant ces résidus en divers endroits de la protéine. Par exemple lors de l'activation, la protonation des résidus à l'interface entre le pouce, la boule β et le doigt d'une même sous-unité induit un mouvement du pouce vers la bouie β et le doigt. De même lors de l'inactivation du canal les paumes des trois sous-unités formant une cavité se rapprochent. D'après notre approche bioinformatique, aucune histidine n'est impliquée dans la détection des variations de pH extracellulaire c'est-à-dire qu'aucune histidine ne serait un pH-senseur. Deux histidines de ASIC2a lient le Zn2+ et modifient l'affinité apparente du canal pour les protons. Une seule des deux est conservée parmi tous les ASICs, hASICIa H163. Elle forme un réseau de liaison hydrogène avec ses voisins conservés. L'étude détaillée de ce domaine, Pinterzone, montre son importance dans l'expression fonctionnelle des canaux. La perturbation de ce réseau par l'introduction d'un résidu hydrophobe (cystéine) par mutagénèse dirigée diminue l'expression du canal à la membrane plasmique. La modification des cystéines introduites par des réactifs spécifiques aux groupements sulfhydryle inhibe les canaux mutés en diminuant leur probabilité d'ouverture. Ces travaux décrivent les effets de l'acidification du milieu extracellulaire sur les canaux ASICs. ABSTRACT: Study of pH-dependent activation and inactivation of ASIC channels Benoîte BARGETON, Department of Pharmacology and Toxicology, University of Lausanne, Rue du Bugnon 27, CH-1G05 Lausanne, Switzerland The ASIC (Acid-Sensing Ion Channels) sodium channels are involved in neuronal signaling in the central and peripheral nervous system. These non-voltage-gated channels are involved in learning, the expression of fear, neurodegeneration after ischemia and pain sensation. The molecular bases underlying their activity are not yet fully understood. ASICs are activated by extracellular acidification and regulated, eg by ions such as Ca2+, the Zn2+ and CI". The crystallization of inactivated ASIC has been published. The channel is a trimer of identical or homologous subunits. Each subunit has been described in analogy to a forearm, wrist and hand consisting of a thumb, a finger, a knuckle, a β-ball and a palm. We applied a systematic computational approach to identify putative pH sensor(s) of ASICIa. The role of putative pH sensors has been tested by site-directed mutagenesis and chemical modification combined with functional analysis in order to understand how changes in pH open these channels. The pH sensors are aspartic and glutamic acids distributed throughout the extracellular loop, suggesting that changes in pH control activation and inactivation of ASIC by protonation / deprotonation of many residues in different parts of the protein. During activation the protonation of various residues at the interface between the finger, the thumb and the β-ball induces the movement of the thumb toward the finger and the β-ball. During inactivation of the channel the palms of the three subunits forming a cavity approach each other. No histidine has been shown to be involved in extracellular pH changes detection, i.e. no histidine is a pH- sensor. Two histidines of ASIC2 bind Zn2+ and alter the apparent affinity of channel for protons. Only one of the two His is conserved among all ASICs, hASICIa H163. This residue is part of a network of hydrogen bonding with its conserved neighbors. The detailed study of this area, the interzone, shows its importance in the functional expression of ASICs. Disturbance of this network by the introduction of hydrophobic residues decreases the cell surface channel expression. Chemical modification of the introduced cysteines by thiol reactive compounds inhibits the mutated channels by a reduction of their open probability. These studies describe the effects of extracellular acidification on ASICs. RESUME GRAND PUBLIC: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse La transmission synaptique est un processus chimique entre deux neurones impliquant des neurotransmetteurs et leurs récepteurs. Un dysfonctionnement de certains types de synapses est à l'origine de beaucoup de troubles nerveux, tels que certaine forme d'épilepsie et de l'attention. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont de très bonnes cibles thérapeutiques dans de nombreuses neuropathologies. Les canaux ASICs sont impliqués dans la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et les bloquer pourraient permettre aux patients d'avoir moins de séquelles. Les canaux ASICs sont des détecteurs de l'acidité qui apparaît lors de situations pathologiques comme l'ischémie et l'inflammation. Ces canaux sont également impliqués dans des douleurs. Cibler spécifiquement ces canaux permettrait d'avoir de nouveaux outils thérapeutiques car à l'heure actuelle l'inhibiteur de choix, l'amiloride, bloque beaucoup d'autres canaux empêchant son utilisation pour bloquer les ASICs. C'est pourquoi il faut connaître et comprendre les bases moléculaires du fonctionnement de ces récepteurs. Les ASICs formés de trois sous-unités détectent les variations de l'acidité puis s'ouvrent transitoirement pour laisser entrer des ions chargés positivement dans la cellule ce qui active la signalisation neuronale. Afin de comprendre les bases moléculaires de l'activité des ASICs nous avons déterminé les sites de liaison des protons (pH-senseurs), ligands naturels des ASICs et décrit une zone importante pour l'expression fonctionnelle de ces canaux. Grâce à une validation systématique de résultats obtenus en collaboration avec l'Institut Suisse de Bioinformatique, nous avons décrit les pH-senseurs de ASICIa. Ces résultats, combinés à ceux d'autres groupes de recherche, nous ont permis de mieux comprendre comment les ASICs sont ouverts par une acidification du milieu extracellulaire. Une seconde étude souligne le rôle structural crucial d'une région conservée parmi tous les canaux ASICs : y toucher c'est diminuer l'activité de la protéine. Ce domaine permet l'harmonisation des changements dus à l'acidification du milieu extracellulaire au sein d'une même sous-unité c'est-à-dire qu'elle participe à l'induction de l'inactivation due à l'activation du canal Cette étude décrit donc quelle région de la protéine atteindre pour la bloquer efficacement en faisant une cible thérapeutique de choix.

Heavy metal ions are potent inhibitors of protein folding.

Environmental and occupational exposure to heavy metals such as cadmium, mercury and lead results in severe health hazards including prenatal and developmental defects. The deleterious effects of heavy metal ions have hitherto been attributed to their interactions with specific, particularly susceptible native proteins. Here, we report an as yet undescribed mode of heavy metal toxicity. Cd2+, Hg2+ and Pb2+ proved to inhibit very efficiently the spontaneous refolding of chemically denatured proteins by forming high-affinity multidentate complexes with thiol and other functional groups (IC(50) in the nanomolar range). With similar efficacy, the heavy metal ions inhibited the chaperone-assisted refolding of chemically denatured and heat-denatured proteins. Thus, the toxic effects of heavy metal ions may result as well from their interaction with the more readily accessible functional groups of proteins in nascent and other non-native form. The toxic scope of heavy metals seems to be substantially larger than assumed so far.

Different concentrations of Mg++ ions affect nuclear matrix protein distribution during thermal stabilization of isolated nuclei.

The nuclear matrix, a proteinaceous network believed to be a scaffolding structure determining higher-order organization of chromatin, is usually prepared from intact nuclei by a series of extraction steps. In most cell types investigated the nuclear matrix does not spontaneously resist these treatments but must be stabilized before the application of extracting agents. Incubation of isolated nuclei at 37C or 42C in buffers containing Mg++ has been widely employed as stabilizing agent. We have previously demonstrated that heat treatment induces changes in the distribution of three nuclear scaffold proteins in nuclei prepared in the absence of Mg++ ions. We studied whether different concentrations of Mg++ (2.0-5 mM) affect the spatial distribution of nuclear matrix proteins in nuclei isolated from K562 erythroleukemia cells and stabilized by heat at either 37C or 42C. Five proteins were studied, two of which were RNA metabolism-related proteins (a 105-kD component of splicing complexes and an RNP component), one a 126-kD constituent of a class of nuclear bodies, and two were components of the inner matrix network. The localization of proteins was determined by immunofluorescent staining and confocal scanning laser microscope. Mg++ induced significant changes of antigen distribution even at the lowest concentration employed, and these modifications were enhanced in parallel with increase in the concentration of the divalent cation. The different sensitivity to heat stabilization and Mg++ of these nuclear proteins might reflect a different degree of association with the nuclear scaffold and can be closely related to their functional or structural role.