Influence of temperature and photoperiod upon ionic regulation in rainbow trout Salmo gairdneri

Interactions of photoperiod and temperature upon waterelectrolyte balance were examined in rainbow trout acclimated to six combinations of two photoperiods {18h light: 6h dark, o 6h light: l8h dark) and three temperatures (2, 10 and 18 C). The influence of temperature and photoperiod upon plasma, skeletal muscle, cardiac muscle and liver levels of sodium, potassium, magnesi.um, calcium, chloride, water content, water distribution and cellular ion concentrations was determined by a one way analysis of variance. Significant (p < 0.05 or better) temperature effects at common photoperiods were observed in 70% of the analyses performed, showing no bias toward either photoperiod. Significant photoperiod effects occured in 57% of the analyses performed at common temperatures. The influence of photoperiod was most prevalent at reduced temperatures. Potassium and magnesium appeared to be particularly thermosensitive, while sodium and calcium were the most photosensitive of the electrolytes. The ionic composition of all tissues studied were relatively thermosensitive, with liver apparently being the most sensitive. On the other hand; the ionic composition of skeletal and cardiac muscle appear to be the mos.t photosensitive of the tissues examined. Water content and distribution in skeletal muscle and liver were significantly influenced by temperature in 50% of the analyses performed showing a very strong bias toward UwinterU animals. Photoperiod effects were significant in 56% of the water parameters measured with a strong bias toward the two lower temperatures. Body weight was of significant influence in 16% of the 174 analyses performed. These data are discussed in terms of the effect of temperature upon ionregulatory mechanisms and the possible impact of photoperiod variations on endocrine systems influencing water-electrolyte metabolism.

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Carbon metabolism in transgenic roots with altered levels of hexokinase and triosephosphate isomerase and growing under different nitrogen status

Ce projet a pour but d’évaluer la capacité de la voie des pentoses phosphates (VPP) dans les racines transgéniques de pomme de terre (Solanum tuberosum) modifiées pour exprimer différents niveaux de l'hexokinase (HK) et de la triosephosphate isomérase cytosolique (cTPI). Dans les racines, la VPP alimente la voie de l’assimilation de l’azote en equivalents réducteurs et permet donc la biosynthèse des acides aminés. Le glucose-6-phosphate produit par l’HK est consommé par la partie oxydative de la VPP catalysée par la glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PDH) et la 6-phosphogluconate déshydrogénase (6PGDH). Les changements dans l'expression de HK et cTPI peuvent affecter le fonctionnement de la VPP et les mécanismes qui sont liés à l’utilisation des équivalents réducteurs produits par la VPP, comme l'assimilation de l’azote et la synthèse des acides aminés. Afin d’évaluer l’effet des manipulations génétiques de l’HK et de la cTPI sur l’assimilation de l’azote, nous avons cultivé les racines transgéniques sur des milieux contenant des concentrations élevées (7 mM) ou basses (0,7 mM) de nitrate d’ammonium comme source d’azote. Les résultats montrent que la culture sur un milieu riche en azote induit les activités G6PDH et 6PGDH. Les données montrent que la capacité de la VPP est plus grande avec des niveaux élevés en HK ou en cTPI. Nous avons aussi pu démontrer une plus grande activité spécifique de l’HK dans les conditions pauvres en azote. Ces données ont été complémentées par des mesures des pools d’acides aminés dans les racines transgéniques cultivées sur différents niveaux d’azote. Aucune tendance notable des pools d’acides aminés n’a été remarquée dans les racines modifiées pour leur contenu en HK suggèrant que la manipulation de HK n’affecte pas l'assimilation de l’azote. Dans les racines transgéniques modifiées pour la cTPI, les ratios Gln/Glu et Asn/Asp sont plus élevés chez les clones antisens, indiquant une assimilation de l’azote plus élevée. Ces résultats ont démontré l'activation de l'assimilation de l’azote chez les clones antisens cTPI dans les conditions élevées et basses d’azote alors que la manipulation de l’HK n’affecte pas l’assimilation de l’azote.

Regulation of excitotoxicity in thiamine deficiency : role of glutamate transporters.

L’excitotoxicité est un mécanisme physiopathologique majeur impliqué dans la pathogenèse de la déficience en thiamine (DT). Dans les régions cérébrales vulnérables à la DT, on observe une mort cellulaire induite par excitotoxicité dont l’origine semble être la conséquence d’une perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial, d’une dépolarisation membranaire soutenue et d’une diminution de l’absorption du glutamate par les astrocytes suite à la diminution de l’expression des transporteurs EAAT1 et EAAT2. Il est clairement établi que le glutamate joue un rôle central dans l’excitotoxicité lors de la DT. Ainsi, la mise en évidence des mécanismes impliqués dans la diminution de l’expression des transporteurs du glutamate est essentielle à la compréhension de la physiopathologie de la DT. L’objectif de cette thèse consiste en l’étude de la régulation des transporteurs astrocytaires du glutamate et la mise au point de stratégies thérapeutiques ciblant la pathogenèse de l’excitotoxicité lors de l’encéphalopathie consécutive à la DT. Les principaux résultats de cette thèse démontrent des perturbations des transporteurs du glutamate à la fois dans des modèles animaux de DT et dans des astrocytes en culture soumis à une DT. La DT se caractérise par la perte du variant d’épissage GLT-1b codant pour un transporteur du glutamate dans le thalamus et le colliculus inférieur, les régions cérébrales affectées lors d’une DT, en l’absence de modification des niveaux d’ARNm. Ces résultats suggèrent une régulation post-transcriptionnelle de l’expression des transporteurs du glutamate en condition de DT. Les études basées sur l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques des facteurs de transcription NFkB et de l’enzyme nucléaire poly(ADP)ribose polymérase-1 (PARP-1) démontrent que la régulation de l’expression du transporteur GLT-1 est sous le contrôle de voies de signalisation NFkB dépendantes de PARP-1. Cette étude démontre une augmentation de l’activation de PARP-1 et de NFkB dans les régions vulnérables chez le rat soumis à une DT et en culture d’astrocytes DT. L’inhibition pharmacologique du facteur de transcription NFkB par le PDTC induit une augmentation des niveaux d’expression de GLT-1, tandis que l’inhibition de PARP-1 par le DPQ conduit à l’inhibition de l’hyperactivation de NFkB observée lors de DT. L’ensemble de ces résultats met en évidence un nouveau mécanisme de régulation des transporteurs du glutamate par l’activation de PARP-1. L’accumulation de lactate est une caractéristique de la DT. Un traitement avec le milieu de culture d’astrocytes en condition de DT sur des cultures d’astrocytes naïfs induit une diminution de l’expression de GLT-1 ainsi qu’une inhibition de la capacité d’absorption du glutamate par les astrocytes naïfs. En revanche, l’administration de lactate exogène ne modifie pas le niveau d’expression protéique de GLT-1. Ainsi, des facteurs solubles autres que le lactate sont sécrétés par des astrocytes en condition de perturbation métabolique et peuvent potentiellement réguler l’activité des transporteurs du glutamate et contribuer à la pathogenèse du syncytium astroglial. En outre, la ceftriaxone, un antibiotique de la famille des β-lactamines, augmente de façon différentielle l’expression du variant-d’épissage GLT-1 dans le colliculus inférieur chez le rat DT et en culture d’astrocytes DT. Ces résultats suggèrent que la ceftriaxone peut constituer une avenue thérapeutique dans la régulation de l’activité des transporteurs du glutamate lors de DT. Pour conclure, la mort cellulaire d’origine excitotoxique lors de DT survient en conséquence d’une dysfonction mitochondriale associée à une perturbation du métabolisme énergétique cérébral. La modification de l’expression des transporteurs du gluatamate est sous le contrôle des voies de signalisation NFkB dépendantes du facteur PARP-1. De plus, l’inhibition métabolique et l’augmentation des sécrétions de lactate observées lors de DT peuvent également constituer un autre mécanisme physiopathologique expliquant la diminution d’expression des transporteurs de glutamate. Enfin, la ceftriaxone pourrait représenter une stratégie thérapeutique potentielle dans le traitement de la régulation de l’expression des transporteurs du glutamate et de la perte neuronale associés à l’excitotoxicité observée lors de DT.

Régulation de l'hepcidine et le rôle de la lipocaline 2 dans l'homéostasie du fer / Novel insights into the regulation of hepcidin and the role of lipocalin 2 in iron homeostasis

Le fer, un métal de transition, est requis pour la survie de presque tout les organismes vivant à cause de son habilité à accepter ou donner un électron et donc à catalyser plusieurs réactions biochimique fondamentales. Cependant, la même propriété permet aussi au fer ionique d’accélérer la formation de radicaux libres et donc le fer peut potentiellement avoir des effets néfastes. Conséquemment, l’homéostasie du fer doit être étroitement régulé, tant au niveau cellulaire que systémique. Notre étude met l’emphase sur deux molécules importante pour régulation du métabolisme du fer : la lipocaline 2 (Lcn2) et l’hepcidine. Lcn2, une protéine de phase aiguë, est impliquée dans le transport du fer par les sidérophores. Lcn2 est un candidat potentiel comme transporteur du fer qui pourrait être responsable de l’accumulation excessive du fer non lié à la transferrine dans le foie des patients atteints d’hémochromatose héréditaire (HH). Nous avons généré des souris double-déficiente HfeLcn2 pour évaluer l’importance de Lcn2 dans la pathogenèse de surcharge en fer hépatique dans les souris knock-out Hfe (Hfe -/-). Notre étude révèle que la délétion de Lcn2 dans les souris Hfe-/- n’influence pas leur accumulation de fer hépatique ou leur réponse à une surcharge en fer. Le phénotype des souries HfeLcn2-/- demeure indiscernable de celui des souris Hfe-/-. Nos données impliquent que Lcn2 n’est pas essentiel pour la livraison du fer aux hépatocytes dans l’HH. L’hepcidine, un régulateur clé du métabolisme du fer, est un petit peptide antimicrobien produit par le foie et qui régule l’absorption intestinale du fer et son recyclage par les macrophages. L’expression de l’hepcidine est induite par la surcharge en fer et l’inflammation, tandis que, à l'inverse, elle est inhibée par l'anémie et l'hypoxie. Dans certaine situations pathologique, l’hepcidine est régulée dans des directions opposées par plus d’un régulateur. Nous avons, en outre, analysé comment les différents facteurs influencent l’expression de l’hepcidine in vivo en utilisant un modèle de souris avec un métabolisme du fer altéré. Nous avons examiné la régulation de l’hepcidine en présence de stimuli opposés, ainsi que la contribution des médiateurs et des voix de signalisation en aval de l’expression de l’hepcidine. Nous avons démontré que l'érythropoïèse, lorsque stimulé par l’érythropoïétine, mais pas par l’hypoxie, diminue l’expression de l’hepcidine d’une façon dépendante de la dose, même en présence de lipopolysaccharides ou de surcharge de fer alimentaire, qui peuvent agir de manière additive. De plus, l’entraînement érythropoïétique inhibe tant la voix inflammatoire que celle de détection du fer, du moins en partie, par la suppression du signal IL-6/STAT3 et BMP/SMAD4 in vivo. Au total, nos données suggèrent que le niveau d’expression de l’hepcidine en présence de signaux opposés est déterminé par la force du stimulus individuel plutôt que par une hiérarchie absolue. Ces découvertes sont pertinentes pour le traitement de l’anémie des maladies chronique et les désordres de surcharge en fer.

Pineal indoleamine metabolism in pyridoxine-deficient rats

Pvridoxine deficiency causes physiologically significant decrease in brain serotonin (5-HT) due to decreased decarboxylation of 5- hvdroxvtrvptophan (5-HTP). We have examined the effect of pyridoxine deficiency on indoleamine metabolism in the pineal gland, a tissue with high indoleamine turnover. Adult male Sprague-Dawley rats were fed either a pyridoxine-supplemented or pyridoxinedeficient diet for 8 weeks. Pyridoxine deficiency did not alter the pattern of circadian rhythm of pineal 5-HT. 5-hvdroxvindoleacetic acid (5-HIAA), V-acetvlserotonin (NAS). and melatonin. However the levels of these compounds were significantly lower in the pineal glands of pyridoxine-deficient animals. Pineal 5-HTP levels were consistently higher in the pyridoxine-deficient animals and a conspicuous increase was noticed at 22.00 h. Increase in pineal NAS and melatonin levels caused by isoproterenol (5 mg kg at 17.00 h) were significantly lower (P < 0.05) in the pyridoxine-deficient animals. Treatment of pyridoxine-deficient rats with pvridoxine restored the levels of pineal 5-HT, 5-HIAA. NAS. and melatonin to values seen in pyridoxine-supplemented control animals. These results suggest that 5-HT availability could be an important factor in the regulation of the synthesis of pineal NAS and melatonin.

Enhanced dopamine D2 receptor function in hypothalamus and corpus striatum: their role in liver, plasma and in vitro hepatocyte ALDH regulation in ethahol treated rats

Dopamine D2 receptors are involved in ethanol self- administration behavior and also suggested to mediate the onset and offset of ethanol drinking. In the present study, we investigated dopamine (DA) content and Dopamine D2 (DA D2) receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity in the liver and plasma of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures. Hypothalamic and corpus striatal DA content decreased significantly (P\0.05, P\0.001 respectively) and homovanillic acid/ dopamine (HVA/DA) ratio increased significantly (P\0.001) in ethanol treated rats when compared to control. Scatchard analysis of [3H] YM-09151-2 binding to DA D2 receptors in hypothalamus showed a significant increase (P\0.001) in Bmax without any change in Kd in ethanol treated rats compared to control. The Kd of DA D2 receptors significantly decreased (P\0.05) in the corpus striatum of ethanol treated rats when compared to control. DA D2 receptor affinity in the hypothalamus and corpus striatum of control and ethanol treated rats fitted to a single site model with unity as Hill slope value. The in vitro studies on hepatocyte cultures showed that 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in 10% ethanol treated cells to near control level. Sulpiride, an antagonist of DA D2, reversed the effect of dopamine on 10% ethanol induced ALDH activity in hepatocytes. Our results showed a decreased dopamine concentration with enhanced DA D2 receptors in the hypothalamus and corpus striatum of ethanol treated rats. Also, increased ALDH was observed in the plasma and liver of ethanol treated rats and in vitro hepatocyte cultures with 10% ethanol as a compensatory mechanism for increased aldehyde production due to increased dopamine metabolism. A decrease in dopamine concentration in major brain regions is coupled with an increase in ALDH activity in liver and plasma, which contributes to the tendency for alcoholism. Since the administration of 10-5 M and 10-7 M DA can reverse the increased ALDH activity in ethanol treated cells to near control level, this has therapeutic application to correct ethanol addicts from addiction due to allergic reaction observed in aldehyde accumulation.

Lipid metabolism in women

Differences in whole-body lipid metabolism between men and women are indicated by lower-body fat accumulation in women but more marked accumulation of fat in the intra-abdominal visceral fat depots of men. Circulating blood lipid concentrations also show gender-related differences. These differences are most marked in premenopausal women, in whom total cholesterol, LDL-cholesterol and triacylglycerol concentrations are lower and HDL-cholesterol concentration is higher than in men. Tendency to accumulate body fat in intra-abdominal fat stores is linked to increased risk of CVD, metabolic syndrome, diabetes and other insulin-resistant states. Differential regional regulation of adipose tissue lipolysis and lipogenesis must underlie gender-related differences in the tendency to accumulate fat in specific fat depots. However, empirical data to support current hypotheses remain limited at the present time because of the demanding and specialist nature of the methods used to study adipose tissue metabolism in human subjects. In vitro and in vivo data show greater lipolytic sensitivity of abdominal subcutaneous fat and lesser lipolytic sensitivity of femoral and gluteal subcutaneous fat in women than in men. These differences appear to be due to fewer inhibitory alpha adrenergic receptors in abdominal regions and greater a adrenergic receptors in gluteal and femoral regions in women than in men. There do not appear to be major gender-related differences in rates of fatty acid uptake (lipogenesis) in different subcutaneous adipose tissue regions. In visceral fat rates of both lipolysis and lipogenesis appear to be greater in men than in women; higher rates of lipolysis may be due to fewer alpha adrenergic receptors in this fat depot in men. Fatty acid uptake into this depot in the postprandial period is approximately 7-fold higher in men than in women. Triacylglycerol concentrations appear to be a stronger cardiovascular risk factor in women than in men, with particular implications for cardiovascular risk in diabetic women. The increased triacylglycerol concentrations observed in women taking hormone-replacement therapy (HRT) may explain the paradoxical findings of increased rates of CVD in women taking HRT that have been reported from recent primary and secondary prevention trials of HRT.

Platelet-mediated metabolism of the common dietary flavonoid, quercetin.

BACKGROUND: Flavonoid metabolites remain in blood for periods of time potentially long enough to allow interactions with cellular components of this tissue. It is well-established that flavonoids are metabolised within the intestine and liver into methylated, sulphated and glucuronidated counterparts, which inhibit platelet function. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We demonstrate evidence suggesting platelets which contain metabolic enzymes, as an alternative location for flavonoid metabolism. Quercetin and a plasma metabolite of this compound, 4'-O-methyl quercetin (tamarixetin) were shown to gain access to the cytosolic compartment of platelets, using confocal microscopy. High performance liquid chromatography (HPLC) and mass spectrometry (MS) showed that quercetin was transformed into a compound with a mass identical to tamarixetin, suggesting that the flavonoid was methylated by catechol-O-methyl transferase (COMT) within platelets. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Platelets potentially mediate a third phase of flavonoid metabolism, which may impact on the regulation of the function of these cells by metabolites of these dietary compounds.

Splanchnic metabolism of nitrogenous compounds and urinary nitrogen excretion in steers fed alfalfa under conditions of increased absorption of ammonia and L-arginine supply across the portal-drained viscera

Effects of increased ammonia and/or arginine absorption across the portal-drained viscera (PDV) on net splanchnic (PDV and liver) metabolism of nitrogenous compounds and urinary N excretion were investigated in six cathetenzed Hereford x Angus steers (501 +/- 1 kg BW) fed a 75% alfalfa:25% (as-fed basis) corn-soybean meal diet (0.523 MJ of ME/[kg BW0.15.d]) every 2 h without (27.0 g of N/kg of dietary DM) and with 20 g of urea/kg of dietary DM (35.7 g of N/kg of dietary DM) in a split-plot design. Net splanchnic flux measurements were obtained immediately before beginning and ending a 72-h mesenteric vein infusion of L-arginine (15 mmol/h). For 3 d before and during arginine infusion, daily urine voided was measured and analyzed for N composition. Feeding urea increased PDV absorption (P < 0.01) and hepatic removal (P < 0.01) of ammonia N, accounting for 80% of increased hepatic urea N output (P < 0.01). Numerical increases in net hepatic removal of AA N could account for the remaining portion of increased hepatic urea N output. Arginine infusion increased hepatic arginine removal (P < 0.01) and hepatic urea N output (P < 0.03) and switched hepatic ornithine flux from net uptake to net output (P < 0.01), but numerical changes in net hepatic removal of ammonia and AA N could not account fully for the increase in hepatic urea N output. Increases in urine N excretion equaled quantities of N fed as urea or infused as arginine. Estimated salivary urea N excretion was not changed by either treatment. Urea cycle regulation occurs via a complex interaction of mechanisms and requires N sources other than ammonia, but the effect of increased ammonia absorption on hepatic catabolism of individual AA in the present study was not significant.

Influence of porcine genotype on the abundance of thyroid hormones and leptin in sow milk and its impact on growth, metabolism and expression of key adipose tissue genes in offspring

Neonatal mortality is greater in commercial porcine genotypes, compared with the ancient Meishan breed that rapidly lay down adipose tissue; this may be related to hormones, such as triiodothyronine (T3) or leptin. Leptin is present in maternal milk; however, the extent to which this supply provides the neonate with leptin is unknown, but may play a role in growth and development. We investigated whether thyroid hormones and leptin concentrations in maternal milk differed between genotypes; and whether this influenced piglet concentrations or expression of genes involved in adipose tissue regulation. Eight Meishan and six commercial sows were entered into the study and milk samples from the day of parturition to day 4 postpartum was taken daily. The median birth weight piglet in each litter had a daily venous blood sample taken and was euthanised on day 4. Gene expressions of IGF-I, IGF-binding protein 3 (IGFBP-3), peroxisome proliferators activated receptor (PPAR) and glucocorticoid receptor (GR) were measured in adipose tissue using real-time PCR. T3 was increased in Meishan milk, but not in piglet plasma. Milk thyroxine was similar between breeds but commercial piglet levels were significantly higher. Leptin was higher in commercial sow milk throughout the study. Milk leptin was strongly correlated to plasma leptin during the first postnatal days and also to organ and body weight in Meishan piglets that also had significantly higher expression of GR, but not IGF-I, IGFBP-3 or PPAR. In conclusion, we have found a significant disparity in the provision of thyroid hormones in Meishan and commercial sow’s milk. These changes are not always translated to plasma concentrations of hormone in the piglet. Leptin appears to have a stronger role in growth and development in the Meishan genotype compared with commercial; along with the increased GR expression, this may also represent a potential mechanism behind the rapid accumulation of adipose tissue in Meishan piglets.

Evidence of a possible role for Lys-gamma 3-MSH in the regulation of adipocyte function

Lys-gamma 3-MSH is a melanocortin peptide derived from the C-terminal of the 16 kDa fragment of POMC. The physiological role of Lys-gamma 3-MSH is unclear, although it has previously been shown that, although not directly steroidogenic, it can act to potentiate the steroidogenic response of adrenal cortical cells to ACTH. This synergistic effect appears to be correlated with an ability to increase the activity of hormone sensitive lipase (HSL) and therefore the rate of cholesterol ester hydrolysis. Ligand binding studies have suggested that high-affinity binding sites for Lys-gamma 3-MSH exist in the adrenal gland and a number of other rat tissues that express HSL, including adipose, skeletal muscle and testes. To investigate the hypothesis that Lys-gamma 3-MSH may play a wider role in cholesterol and lipid metabolism, we tested the effect of Lys-gamma 3-MSH on lipolysis, an HSL-mediated process, in 3T3-L1 adipocytes. In comparison with other melanocortin peptides, Lys-gamma 3-MSH was found to be a potent stimulator of lipolysis. It was also able to phosphorylate HSL at key serine residues and stimulate the hyper-phosphorylation of perilipin A. The receptor through which the lipolytic actions of Lys-gamma 3-MSH are being mediated is not clear. Attempts to characterise this receptor suggest that either the pharmacology of the melanocortin receptor 5 in 3T3-L1 adipocytes is different from that described when expressed in heterologous systems or the possibility that a further, as yet uncharacterised, receptor exists.

Regulation of L-alanine dehydrogenase in Rhizobium leguminosarum bv. viciae and its role in pea nodules

Alanine dehydrogenase (AldA) is the principal enzyme with which pea bacteroids synthesize alanine de novo. In free-living culture, AMA activity is induced by carboxylic acids (succinate, malate, and pyruvate), although the best inducer is alanine. Measurement of the intracellular concentration of alanine showed that AldA contributes to net alanine synthesis in laboratory cultures. Divergently transcribed from aldA is an AsnC type regulator, aldR. Mutation of aldR prevents induction of AldA activity. Plasmid-borne gusA fusions showed that aldR is required for transcription of both aldA and aldR; hence, AldR is autoregulatory. However, plasmid fusions containing the aldA-aldR intergenic region could apparently titrate out AldR, sometimes resulting in a complete loss of AldA enzyme activity. Therefore, integrated aldR::gusA and aldA::gusA fusions, as well as Northern blotting, were used to confirm the induction of aldA activity. Both aldA and aldR were expressed in the II/III interzone and zone III of pea nodules. Overexpression of aldA in bacteroids did not alter the ability of pea plants to fix nitrogen, as measured by acetylene reduction, but caused a large reduction in the size and dry weight of plants. This suggests that overexpression of aldA impairs the ability of bacteroids to donate fixed nitrogen that the plant can productively assimilate. We propose that the role of AldA may be to balance the alanine level for optimal functioning of bacteroid metabolism rather than to synthesize alanine as the sole product of N-2 reduction.

Global iron-dependent gene regulation in Escherichia coli - A new mechanism for iron homeostasis

Organisms generally respond to iron deficiency by increasing their capacity to take up iron and by consuming intracellular iron stores. Escherichia coli, in which iron metabolism is particularly well understood, contains at least 7 iron-acquisition systems encoded by 35 iron-repressed genes. This Fe-dependent repression is mediated by a transcriptional repressor, Fur ( ferric uptake regulation), which also controls genes involved in other processes such as iron storage, the Tricarboxylic Acid Cycle, pathogenicity, and redox-stress resistance. Our macroarray-based global analysis of iron- and Fur-dependent gene expression in E. coli has revealed several novel Fur-repressed genes likely to specify at least three additional iron- transport pathways. Interestingly, a large group of energy metabolism genes was found to be iron and Fur induced. Many of these genes encode iron- rich respiratory complexes. This iron- and Fur-dependent regulation appears to represent a novel iron-homeostatic mechanism whereby the synthesis of many iron- containing proteins is repressed under iron- restricted conditions. This mechanism thus accounts for the low iron contents of fur mutants and explains how E. coli can modulate its iron requirements. Analysis of Fe-55-labeled E. coli proteins revealed a marked decrease in iron- protein composition for the fur mutant, and visible and EPR spectroscopy showed major reductions in cytochrome b and d levels, and in iron- sulfur cluster contents for the chelator-treated wild-type and/or fur mutant, correlating well with the array and quantitative RT-PCR data. In combination, the results provide compelling evidence for the regulation of intracellular iron consumption by the Fe2+-Fur complex.

Identification of prebiotic fructooligosaccharide metabolism in Lactobacillus plantarum WCFS1 through microarrays

Short-chain fructooligosaccharides (scFOS) and other prebiotics are used to selectively stimulate the growth and activity of lactobacilli and bifidobacteria in the colon. However, there is little information on the mechanisms whereby prebiotics exert their specific effects upon such microorganisms. To study the genomic basis of scFOS metabolism in Lactobacillus plantarum WCFS1, two-color microarrays were used to screen for differentially expressed genes when grown on scFOS compared to glucose (control). A significant up-regulation (8- to 60-fold) was observed with a set of only five genes located in a single locus and predicted to encode a sucrose phosphoenolpyruvate transport system (PTS), a beta-fructofuranosidase, a fructokinase, an alpha-glucosidase, and a sucrose operon repressor. Several other genes were slightly overexpressed, including pyruvate dehydrogenase. For the latter, no detectable activity in L. plantarum under various growth conditions has been previously reported. A mannose-PTS likely to encode glucose uptake was 50-fold down-regulated as well as, to a lower extent, other PTSs. Chemical analysis of the different moieties of scFOS that were depleted in the growth medium revealed that the trisaccharide 1-kestose present in scFOS was preferentially utilized, in comparison with the tetrasaccharide nystose and the pentasaccharide fructofuranosylnystose. The main end products of scFOS fermentation were lactate and acetate. This is the first example in lactobacilli of the association of a sucrose PTS and a beta-fructofuranosidase that could be used for scFOS degradation.