Localization in sucrose gradients of the pyrophosphate-dependent proton transport of maize root membranes.

A maize (Zea mays L. cv LG 11) root homogenate was prepared and centrifuged to sediment the mitochondria. The pellet (6 KP) and the supernatant (6 KS) were collected and fractionated on linear sucrose density gradients. Marker enzymes were used to study the distribution of the different cell membranes in the gradients. The distribution of the ATP- and pyrophosphate-dependent proton pumping activities was similar after 3 hours of centrifugation of the 6 KS or the 6 KP fraction. The pumps were clearly separated from the mitochondrial marker cytochrome c oxidase and the plasmalemma marker UDP-glucose-sterolglucosyl-transferase. The pyrophosphate-dependent proton pump might be associated with the tonoplast, as the ATP-dependent pump, despite the lack of a specific marker for this membrane. However, under all the conditions tested, the two pumps overlapped the Golgi markers latent UDPase and glucan synthase I and the ER marker NADH-cytochrome c reductase. It is therefore not possible to exclude the presence of proton pumping activities on the Golgi or the ER of maize root cells. The two pumps (but especially the pyrophosphate-dependent one) were more active (or more abundant) in the tip than in the basal part of maize roots, indicating that these activities might be important in growth processes.

Allergic asthma to thaumatin : case report

Background: Thaumatin is a protein originally isolated from an African fruit (the "katemfe"), but various thaumatin-like proteins have been found in apples, grapes, kiwis and olives, etc. Thaumatin has natural sweetening properties and is about 2000 to 3000 times more potent than sucrose. It is therefore used in the food industry, particularly in the processing of low-calories sweeteners. Recently, thaumatin-like proteins have been described as a new family of allergens. Methods: We report the case of a 44-year-old woman occupationally exposed to thaumatin, who developed an allergy to it. The first symptom was an urticaria, which she presented two years after the factory she was working in (a sweeteners manufacturer), started to use thaumatin. Later on, she perceived an acute episode of a sensation of lump in the throat, persisting mild dyspnea, dysphonia and cough. Despite normal peak flow values and a normal chest examination, her general practitioner treated her with local corticoids and systemic antihistaminic drugs, which improved the symptoms. As occupational physicians, we were asked about the likelihood of an occupational disease. We visited her working place, and assessed the exposure to thaumatin. We concluded that the probability for a delayed asthma related to a thaumatin exposure was high, despite the lack of an exposure test. Results: The case was submitted to the insurance company as an occupational disease, and was accepted as such. It was therefore decided not to perform the exposure test, given the absence of true benefit for the patient, who was advised to switch job, and to avoid any exposure to thaumatin in the future. A few months later, the symptoms had completely disappeared. Conclusion: Some molecules only used in specific industry sectors, can cause health problems, such as allergy, but also toxic impairments, etc. The occupational physician, trained to find out which products and identify which molecules are involved, can contribute to the diagnosis, and help make possible a safe return to work for the patient.

Immunoglobulin classes in aquatic mammals. Characterization by serologic cross-reactivity, molecular size and binding of human free secretory component.

On the basis of serologic cross-reactivity, three immunoglobulin classes homologous to human IgG, IgM and IgA were identified in two species of acquatic mammal representing the orders Cetacea (dolphin) and Pinnipedea (sea lion). Molecular size was estimated by sucrose density gradient ultracentrifugation and Sephadex G-200 chromatography, indicating a 7S IgG, 19S IgM and heterogeneous serum IgA. Human secretory component was readily bound to the IgM of both species and to an apparently lesser extent to the larger molecular size populations of IgA. No binding was observed with IgG. Several antisera specific for human γ-chains gave a single precipitin line with the sea lion IgG but when made to react with dolphin serum produced two lines, suggesting the presence of two different subclasses of IgG in this species.

Moderate amounts of fructose consumption impair insulin sensitivity in healthy young men: a randomized controlled trial.

OBJECTIVE: Adverse effects of hypercaloric, high-fructose diets on insulin sensitivity and lipids in human subjects have been shown repeatedly. The implications of fructose in amounts close to usual daily consumption, however, have not been well studied. This study assessed the effect of moderate amounts of fructose and sucrose compared with glucose on glucose and lipid metabolism. RESEARCH DESIGN AND METHODS: Nine healthy, normal-weight male volunteers (aged 21-25 years) were studied in this double-blind, randomized, cross-over trial. All subjects consumed four different sweetened beverages (600 mL/day) for 3 weeks each: medium fructose (MF) at 40 g/day, and high fructose (HF), high glucose (HG), and high sucrose (HS) each at 80 g/day. Euglycemic-hyperinsulinemic clamps with [6,6]-(2)H(2) glucose labeling were used to measure endogenous glucose production. Lipid profile, glucose, and insulin were measured in fasting samples. RESULTS: Hepatic suppression of glucose production during the clamp was significantly lower after HF (59.4 ± 11.0%) than HG (70.3 ± 10.5%, P < 0.05), whereas fasting glucose, insulin, and C-peptide did not differ between the interventions. Compared with HG, LDL cholesterol and total cholesterol were significantly higher after MF, HF, and HS, and free fatty acids were significantly increased after MF, but not after the two other interventions (P < 0.05). Subjects' energy intake during the interventions did not differ significantly from baseline intake. CONCLUSIONS: This study clearly shows that moderate amounts of fructose and sucrose significantly alter hepatic insulin sensitivity and lipid metabolism compared with similar amounts of glucose.

Purification and characterization of (Na+ + K+)-ATPase from toad kidney

This report describes the partial purification and the characteristics of (Na+ + K+)-ATPase (ATP phosphohydrolase, EC 3.6.1.3) from an amphibian source. Toad kidney microsomes were solubilized with sodium deoxycholate and further purified by sodium dodecyl sulphate treatment and sucrose gradient centrifugation, according to the methods described by Lane et al. [(1973) J. Biol. Chem. 248, 7197--7200], Jørgensen [(1974) Biochim. Biophys. Acta 356, 36--52] and Hayashi et al. [(1977) Biochim. Biophys. Acta 482, 185--196]. (Na+ + K+)-ATPase preparations with specific activities up to 1000 mumol Pi/mg protein per h were obtained. Mg2+-ATPase only accounted for about 2% of the total ATPase activity. Sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophoresis revealed three major protein bands with molecular weights of 116 000, 62 000 and 26 000. The 116 000 dalton protein was phosphorylated by [gamma-32P]ATP in the presence of sodium but not in the presence of potassium. The 62 000 dalton component stained for glycoproteins. The Km for ATP was 0.40 mM, for Na+ 12.29 mM and for K+ 1.14 mM. The Ki for ouabain was 35 micron. Temperature activation curves showed two activity peaks at 37 degrees C and at 50 degrees C. The break in the Arrhenius plot of activity versus temperature appeared at 15 degrees C.

Endoglycan mediates malignant leukocyte rolling on e-selectin and signals through SYK and the MAPK pathway

Selectins play a key role regulating leukocyte migration into tissues by mediating leukocyte tethering (capture) and rolling on inflamed endothelium and/or on adherent leukocytes or platelets. During leukocyte rolling, endothelial E- or P-selectin bind to glycoprotein ligands carrying sialyl Lewis χ (sLex) determinant. P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) is a common ligand for L-, P- and E-selectin, which sequentially cooperates with CD44 and E- selectin ligand-1 (ESL-1) to roll on E-selectin. During rolling on endothelial selectins, PSGL-1 and CD44 signal through Src family kinases and Syk, leading to αι_β2 integrin partial activation and slow rolling on intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1). Leukocyte exposure to chemokines then leads to firm adhesion. Little information is available on ligands that mediate malignant leukocyte rolling on E- selectin. We defined these ligands on U937 monoblasts by immunoadsorbtion and immunoblotting using mAb raised against CD43, CD44, PSGL-1, sLex/CLA determinants and E-selectin/IgM chimera. Immunoblotting and blot rolling assays demonstrated that PSGL-1, CD43, CD44 and a -125 kDa sLex/CLA positive ligand contribute to support E-seiectin- dependent rolling. This -125 kDa ligand is endoglycan, a member of the CD34 family of sialomucins. Endoglycan was frequently detected by flow cytometry on primary leukemia, lymphoma and multiple myeloma ceils (in -50% of cases). Endoglycan, immunopurified from U937 cells, as well as endoglycan/IgG chimera efficiently supported E-selectin dependent rolling. Membrane fractionation on sucrose gradient demonstrated that endoglycan is expressed in lipid rafts. We tested the hypothesis that it signals, like PSGL-1 and CD44, through Src kinases and the MAPK pathway. Indeed, endoglycan engagement induced Syk and ERK phosphorylation in a iipid raft-dependent manner. Syk activation was dependent on Src kinase activity. Downstream of Syk, endoglycan activated PI3K and Akt as well as Bruton's tyrosine kinase and p38 MAPK. Thus, endoglycan is a ligand for endothelial selectins which may contribute to regulate leukemia, lymphoma and multiple myeloma cell trafficking and interactions with bone marrow microenvironment. - Les sélectines contrôlent la migration tissulaire des leucocytes en assurant leur capture et leur roulement sur l'endothélium vasculaire enflammé et/ou sur des plaquettes ou des leucocytes adhérant à la paroi vasculaire. Lors du roulement leucocytaire, les sélectines endothéliales (E- et P-sélectine) se lient à des ligands porteurs du saccharide sialyl Lewis χ (sLex). PSGL-1 est un ligand commun des sélectines qui coopère avec CD44 et ESL-1 pour permettre la capture et le roulement des neutrophiles. Lorsque PSGL-1 et CD44 se lient aux sélectines endothéliales, elles induisent la phosphorylation des kinases Src et de Syk conduisant à l'activation partielle de l'intégrine aLp2 et au ralentissement des leucocytes sur les sélectines et ICAM-1. Les chimiokines induisent ensuite l'adhésion ferme des leucocytes. Les ligands des sélectines qui assurent le roulement, sur la E-sélectine, des cellules issues d'hémopathies malignes sont peu connus. Nous avons caractérisé ces ligands en les purifiant avec des anticorps dirigés contre CD43, CD44, PSGL-1, sLex/CLA et en utilisant la chimère E-sélectine/IgM. Des tests d'adhésion ont montré que PSGL-1, CD43, CD44 et une glycoprotéine de ~125 kDa soutiennent les interactions cellulaires dépendant de la E- sélectine. Le ligand de -125 kDa a été identifié comme étant l'endoglycan. Il a été détecté, par cytométrie de flux, sur les cellules leucémiques, les cellules de lymphomes ou de myélome multiple, dans ~50% des cas analysés. Sa forme membranaire, immunopurifiée, ou recombinante (endoglycan/lgG) soutient les interactions cellulaires dépendant de la E- sélectine. Nous avons montré qu'il réside dans les rafts lipidiques membranaires puis avons testé l'hypothèse que l'endoglycan, comme PSGL-1 et CD44, induit une signalisation via les kinases de type Src et la voie des MAPK. Nous avons pu observer que son engagement induit la phosphorylation de Syk et de ERK pour autant que la structure des rafts soit préservée. En aval de Syk, l'endoglycan active la PI3K, Akt, Btk et la MAPK p38. Ces résultats montrent que l'endoglycan est un ligand des sélectines endothéliales qui pourrait participer au contrôle du trafic et des interactions des cellules leucémiques, de lymphomes ou de myélomes multiples avec leur microenvironnement. - Le sang est un élément clé du fonctionnement de notre corps. La circulation sanguine permet la communication et le transfert de molécules et cellules entre divers organes. Lors d'une inflammation aiguë due à une réaction allergique, une infection ou une blessure, on observe un oedème local accompagné de rougeur, de chaleur et souvent de douleurs. Au sein des tissus enflammés, on observe des globules blancs (leucocytes) et diverses molécules inflammatoires qui attirent les leucocytes dans les tissus lésés (chimiokines). Le sang est composé de globules rouges, de plaquettes et de leucocytes spécialisés dans les défenses immunes. Pour atteindre le site d'inflammation, les leucocytes doivent quitter la circulation sanguine. Ils utilisent pour cela des molécules d'adhésion présentes à leur surface qui se lient à d'autres molécules d'adhésion de la paroi sanguine. Leurs interactions permettent aux leucocytes de rouler à la surface du vaisseau sanguin. Lorsqu'ils roulent au voisinage d'un site d'inflammation, les leucocytes sont exposés à des chimiokines qui induisent leur arrêt et les dirigent dans les tissus enflammés. Ce processus physiologique est aussi impliqué dans des pathologies telles que l'infarctus, l'artériosclérose ou la thrombose. Il peut être détourné à des fins moins louables par des cellules cancéreuses pour permettre leur dissémination (métastatisation). Dans ce travail de thèse, nous avons caractérisé une molécule d'adhésion qui soutient l'adhésion des leucocytes aux sélectines endothéliales: l'endoglycan. Nous avons observé que cette molécule d'adhésion est fréquemment exprimée par les cellules malignes de nombreuses maladies du sang comme les leucémies, les lymphomes et le myélome multiple. Nous avons également pu montrer que l'endoglycan envoie des signaux à l'intérieur des cellules malignes lorsqu'elles se lient aux sélectines endothéliales. Ces signaux pourraient jouer un rôle déterminant dans la régulation des interactions des cellules malignes avec leur microenvironnement. Elles pourraient peut-être aussi favoriser leur survie et leur prolifération.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Use of the pyrophosphatase activity as a reliable tonoplast marker in maize roots.

Membranes of maize (Zea mays L., cv LG 11) roots were fractionated by sucrose (in presence or absence of Mg2+) or dextran density gradient centrifugations and the locations of organelles were determined using marker enzymes. Latent UDPase was used as a Golgi marker, catalase for the peroxysomes, cytochrome c oxidase for the mitochondria, UDP-Gal-galactosyltransferase for the amyloplast membranes and NADH-cytochrome c reductase for the ER. Two markers were selected for the plasmalemma, the vanadate-sensitive ATPase and UDP-Glc-sterolglucosyltransferase. The distributions of the PPase and vacuolar ATPase were found to be similar after density gradient centrifugation. The PPase and vacuolar ATPase activities were clearly separated from almost all the other markers tested, however, a partial association of both activities with the ER cannot be completely ruled out. The PPase of maize roots is more active and easier to measure than the vacuolar ATPase and is therefore an excellent candidate for use as a tonoplast marker.

A Ca2+/H+ antiport system driven by the tonoplast pyrophosphate-dependent proton pump from maize roots.

Calcium uptake by tonoplast enriched membrane vesicles from maize (Zea mays L. cv. LG 11) primary roots was studied. A pH gradient, measured by the fluorescence quenching of quinacrine, was generated across sealed vesicles driven by the pyrophosphate-dependent proton pump. The fluorescence quenching was strongly inhibited by Ca2+; moreover, when increasing Ca2+ concentrations were added to vesicles at steady-state, a concomitant decrease in the proton gradient was observed. Ca2+ uptake using Ca-45(2+) was linear from 10 min when oxalate (10 mM) was present, while Ca2+ uptake was completely inhibited with proton ionophores (FCCP and monensin), indicating a Ca2+/H+ antiport. Membranes were further fractionated using a linear sucrose density gradient (10-45%) and were identified with marker enzymes. Ca2+ uptake co-migrated with the tonoplast pyrophosphate-dependent proton pumping, pyrophosphatase and ATPase activities: the Ca2+/H+ antiport is consequently located at the tonoplast.

Tonoplast localization of a calmodulin-stimulated Ca2+-pump from maize roots.

The subcellular localization of a calmodulin-stimulated calcium (Ca2+)-ATPase activity from maize roots (Zea mays L., cv LG 11) was studied. For this purpose, an efficient procedure was developed to prepare sealed plasma membrane vesicles allowing the measurement of proton and Ca2+ transport activities. Two-day-old root membranes were fractionated by sucrose and dextran density gradient centrifugation. Marker enzymes were used to study the distribution of the different membranes in the gradients and a filtration technique was developed to measure Ca-45(2+) transport in sealed vesicles. Most of the ATP-dependent Ca2+ transport activity was associated with the ER. However, a small part of this activity was associated with the tonoplast (corresponding to the activity of the H+/Ca2+ antiport) and the plasma membrane. When the Ca2+ transport was measured in the presence of exogenous calmodulin (1 muM), a 3-5-fold increase of uptake was measured. The calmodulin-stimulated activity was associated with the tonoplast vesicles only. This activity was insensitive to monensin, a proton ionophore, ruling out a direct effect of calmodulin on the H+/Ca2+ antiport. In conclusion, four different Ca2+ transporters are present in young maize root cells. A Ca2+/H+ antiport system is present on the tonoplast, whereas, the plasma membrane and the ER possess each a calmodulinin-sensitive Ca2+-ATPase. Finally, a calmodulin-stimulated Ca2+-ATPase is associated with the tonoplast.

Subcellular localization, distribution and expression of calmodulin in Zea mays roots.

The subcellular localization, distribution and the steady state level of calmodulin from maize roots (Zea mays L., cv. LG 11) were studied. To analyze the subcellular localization, 2-day old root membranes were fractionated by sucrose density gradient centrifugation and immunoblotting was done with an antibody raised against a vertebrate calmodulin (SWant) which recognized the plant calmodulin. Calmodulin was principally associated with high density fractions and particularly plasmalemma. For studying the distribution of calmodulin in various zones of Zea mays roots, a micro method of membrane preparation was developed. Most of the calmodulin was present in microsomes isolated from the root apex corresponding to the first 4 mm of a 15 +/- 2 mm root. An identical distribution was found by studying the steady state level of the protein by Northern blotting using a cDNA clone of Zea mays calmodulin.

Metabolic and structural rearrangement during dark-induced autophagy in soybean (Glycine max L.) nodules: an electron microscopy and 31P and 13C nuclear magnetic resonance study.

The effects of dark-induced stress on the evolution of the soluble metabolites present in senescent soybean (Glycine max L.) nodules were analysed in vitro using (13)C- and (31)P-NMR spectroscopy. Sucrose and trehalose were the predominant soluble storage carbons. During dark-induced stress, a decline in sugars and some key glycolytic metabolites was observed. Whereas 84% of the sucrose disappeared, only one-half of the trehalose was utilised. This decline coincides with the depletion of Gln, Asn, Ala and with an accumulation of ureides, which reflect a huge reduction of the N(2) fixation. Concomitantly, phosphodiesters and compounds like P-choline, a good marker of membrane phospholipids hydrolysis and cell autophagy, accumulated in the nodules. An autophagic process was confirmed by the decrease in cell fatty acid content. In addition, a slight increase in unsaturated fatty acids (oleic and linoleic acids) was observed, probably as a response to peroxidation reactions. Electron microscopy analysis revealed that, despite membranes dismantling, most of the bacteroids seem to be structurally intact. Taken together, our results show that the carbohydrate starvation induced in soybean by dark stress triggers a profound metabolic and structural rearrangement in the infected cells of soybean nodule which is representative of symbiotic cessation.

Saccharomyces cerevisiae, a tool to study the β-oxidation through the synthesis of polyhydroxyalkanoates

Summary Polyhydroxyalkanoates (PHAs) represent a family of polyesters naturally synthesized by a wide variety of bacteria. Through their thermoplastic and elastomeric qualities, together with their biodegradable and renewable properties, they are predicted to be a good alternative to the petroleum- derived plastics. Nevertheless, as PHA production costs using bacteria fermentation are still too high, PHA synthesis within eukaryotic systems, such as plants, has been elaborated. Although the costs were then efficiently lowered, the yield of PHAs produced remained low. In this study, Saccharomyces cerevisae has been used as another eukaryotic model in order to reveal the steps which limit PHA production. These cells express the PHA synthase of Pseudomonas aeruginosa and the PHAs obtained were analyzed to understand the flux of fatty acids towards and through the peroxisomal β-oxidation core cycle, generating the main substrate of the PHA synthase. When S. cerevisiae wild-type cells are grown in a media containing glucose as carbon source as well as fatty acids, the PHA monomer composition is largely influenced by the nature of the external fatty acid used. Thus, even-chain PHA monomers are generated from oleic acid (18:1Δ9cis) and odd- chain PHA monomers are generated from heptadecenoic acid (17:1Δ. 10 cis). Moreover, PHA synthesis is dependent on the first two enzymes of the 0-oxidation core cycle, the acyl-CoA oxidase and the multifunctional enzyme enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase. S. cerevisiae mutant cells growing on oleic or heptadecenoic acid and deficient in either the R-3- hydroxyacyl-CoA dehydrogenase or in the 3-ketothiolase activity, the last β-oxidation cycle steps, surprisingly contained PHAs of predominantly even-chain monomers. This is also noticed in wild- type and mutants grown on glucose or raffinose, indicating that the substrate used for PHA synthesis is generated from the degradation of intracellular short- and medium-chain fatty acids by the 3- oxidation cycle. Inhibition of fatty acid biosynthesis by cerulenin blocks the synthesis of PHAs from intracellular fatty acids but still enables the use of extracellular fatty acids for polymer production. Together, these results uncovered the existence of a substantial futile cycle whereby short- and medium-chain intermediates of the cytoplasmic fatty acid biosynthetic pathway are directed towards the peroxisomal β-oxidation pathway. In this thesis, no increase of the yield of PHA produced could be obtained. But the PHA synthesis confirmed the carbon flux into and through the β-oxidation core cycle and unveiled the existence of novel mechanisms. It is thus a good tool to study in vivo the flux of carbons in S. cerevisiae cells. Résumé Les polyhydroxyalkanoates (PHAs) sont une famille de polyesters naturellement synthétisés par un grand nombre de bactéries. Ayant des propriétés de thermoplastiques, d'élastomères et étant des ressources biodégradables et renouvelables, les PHAs représentent une bonne alternative aux plastiques dérivés du pétrole. Pour pallier aux coûts considérables de la production de PHAs par fermentation bactérienne, la synthèse de PHAs par des systèmes eucaryotes telles les plantes a été élaborée. Les coûts ont ainsi efficacement été diminués, mais le rendement de PHAs produits reste faible. Dans cette étude, Saccharomyces cerevisiae a été utilisé comme autre modèle eucaryote pour révéler les étapes limitantes de la production de PHAs. Les PHAs obtenus dans les cellules exprimant la F'HA synthase de Pseudomonas aeruginosa ont été analysés afin de comprendre le flux d'acides gras vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation, principal producteur du substrat de la PHA synthase. Lorsque la souche S. cerevisiae de type sauvage se développe dans un milieu contenant du glucose et des acides gras, la composition des monomères de PHAs est influencée par la nature des acides gras extracellulaires. Ainsi, les monomères pairs sont générés par l'acide oléique (18:1Δ9cis), tandis que les impairs le sont par l'acide heptadécénoïque (17:1Δ10cis). La synthèse de PHAs est dépendante des deux premières enzymes de la β-oxidation; l'acyl-CoA oxidase et l'enzyme multifonctionnelle enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase. Les souches mutantes ne possédant pas les activités de la R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase ou de la 3- ketothiolase contiennent, en présence d'acide oléique ou heptadécénoïque, des PHAs composés essentiellement de monomères pairs. Cela a également été observé en présence de glucose ou de raffinose uniquement. Le substrat utilisé pour la synthèse de PHAs a ainsi été généré par la dégradation d'acides gras intracellulaires à chaîne courte et moyenne via le cycle de la β-oxidation. L'inhibition de la synthèse d'acides gras par la cérulénine a bloqué la synthèse de PHAs par les acides gras internes. Ces résultats ont révélés l'existence d'un cycle futile par lequel des intermédiaires à chaîne courte et moyenne de la synthèse cytoplasmique d'acides gras sont dirigés vers le cycle péroxisomal de la β-oxidation. Dans cette étude, le rendement de PHAs produits reste inchangé, mais l'analyse des PHAs permet de confirmer le flux de carbones vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation et l'existence de nouveaux méchanismes a été dévoilée. Cette synthèse s'avère être un bon outil pour étudier in vivo le flux de carbones dans les cellules de S. cerevisiae.

Experimental bacterial endocarditis after dental extractions in rats with periodontitis.

The development of bacterial endocarditis was analyzed after dental extractions in rats with or without periodontal disease. Periodontal disease was produced in rats by tying silk ligatures around the two maxillary first molars and placing the animals on a high sucrose diet for 14 weeks. Sterile aortic valve vegetations were produced by means of a transaortic catheter, and 24 hr later the maxillary first molars were extracted. The animals were killed 72 hr after the extractions. In rats with periodontal disease, extractions resulted in a 48% (14 of 29) incidence of bacterial endocarditis, most cases of which were due to Streptococcus spp. (one was caused by Staphylococcus aureus). In contrast, when the teeth with a healthy periodontium were extracted, only 6% (one of 15) of the rats developed endocarditis. When catheters were placed in animals with periodontal disease but no extractions were performed, no endocarditis occurred.