Contribution of the C-terminal tri-lysine regions of human immunodeficiency virus type 1 integrase for efficient reverse transcription and viral DNA nuclear import

Affiliation: Zhujun Ao, Éric Cohen & Xiaojian Yao : Département de microbiologie et immunologie, Faculté de Médecine, Université de Montréal

Analysis of HIV-1 Vpr determinants responsible for cell growth arrest in Saccharomyces cerevisiae

Affiliation: Département de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal

The in vivo characterization of the DNA repair gene apn-1 in the model organism Caenorhabditis elegans

Les sites apuriniques/apyrimidinique (AP) représentent une forme de dommage à l’ADN hautement mutagène et ce type de dommage peut survenir spontanément ou être induit par une variété d’agents. Afin de préserver la stabilité génomique, deux familles d’endonucléases de type AP, endo-IV et exo-III, sont nécessaires pour contrecarrer les effets mutagènes des sites AP. Malgré l’identification de membres des deux familles dans plusieurs organismes unicellulaire tels que E.coli et S. cerevisiae, aucun membre de la famille endo-IV n’a été identifié chez les organismes multicellulaires à l’exception de C. elegans et de C. briggsae. Nous avons donc décidé d’investiguer l’importance biologique de APN-1 chez C. elegans par l’utilisation d’une approche de knockdown du gène. Dans notre étude, nous avons montré que le knockdown du gène apn-1 chez C. elegans, en utilisant des ARN d’interférence (ARNi), cause une accumulation de mutations spontanées et induites par des drogues résultant en un délai de l’éclosion des œufs ainsi que par une diminution de la survie et de la longévité des vers adultes. De plus, nous avons montré que cette accumulation de mutations mène à un délai dans la progression du cycle cellulaire durant l’embryogénèse, représentant possiblement une explication du délai dans l’éclosion des œufs. Nous avons montré qu’il y avait une augmentation du niveau de mutations dans la gorge des vers, sans toutefois pouvoir confirmer la distribution de APN-1 qui possède une étiquette GFP. Les animaux transgéniques APN-1-GFP n’exprimaient pas suffisamment de la protéine de fusion pour permettre une visualisation à l’aide d’un microscope à fluorescence, mais la protéine a été détectée par immunobuvardage de type western. Les animaux transgéniques APN-1-GFP étaient instables et avaient des phénotypes concordants avec les défauts génétiques. En conclusion, il semble que C. elegans aie évolué afin de retenir un niveau de base de APN-1 jouant ainsi un rôle versatile afin de maintenir l’intégrité génétique d’autant plus que cet organisme semble manquer plusieurs enzymes de la voie de réparation par excision de base.

The role of GAPDH in maintaining the functional state of the DNA repair enzyme APE1

Les sites apuriniques/apyrimidiniques (AP) sont des sites de l’ADN hautement mutagène. Les dommages au niveau de ces sites peuvent survenir spontanément ou être induits par une variété d’agents. Chez l’humain, les sites AP sont réparés principalement par APE1, une enzyme de réparation de l’ADN qui fait partie de la voie de réparation par excision de base (BER). APE1 est une enzyme multifonctionnelle; c’est une AP endonucléase, 3’-diestérase et un facteur redox impliqué dans l’activation des facteurs de transcription. Récemment, il a été démontré qu’APE1 interagit avec l’enzyme glycolytique GAPDH. Cette interaction induit l’activation d’APE1 par réduction. En outre, la délétion du gène GAPDH sensibilise les cellules aux agents endommageant l’ADN, induit une augmentation de formation spontanée des sites AP et réduit la prolifération cellulaire. A partir de toutes ces données, il était donc intéressant d’étudier l’effet de la délétion de GAPDH sur la progression du cycle cellulaire, sur la distribution cellulaire d’APE1 et d’identifier la cystéine(s) d’APE1 cible(s) de la réduction par GAPDH. Nos travaux de recherche ont montré que la déficience en GAPDH cause un arrêt du cycle cellulaire en phase G1. Cet arrêt est probablement dû à l’accumulation des dommages engendrant un retard au cours duquel la cellule pourra réparer son ADN. De plus, nous avons observé des foci nucléaires dans les cellules déficientes en GAPDH qui peuvent représenter des agrégats d’APE1 sous sa forme oxydée ou bien des focis de la protéine inactive au niveau des lésions d’ADN. Nous avons utilisé la mutagénèse dirigée pour créer des mutants (Cys en Ala) des sept cystéines d’APE1 qui ont été cloné dans un vecteur d’expression dans les cellules de mammifères. Nous émettons l’hypothèse qu’au moins un mutant ou plus va être résistant à l’inactivation par oxydation puisque l’alanine ne peut pas s’engager dans la formation des ponts disulfures. Par conséquent, on anticipe que l’expression de ce mutant dans les cellules déficientes en GAPDH pourrait restaurer une distribution cellulaire normale de APE1, libérerait les cellules de l’arrêt en phase G1 et diminuerait la sensibilité aux agents endommageant l’ADN. En conclusion, il semble que GAPDH, en préservant l’activité d’APE1, joue un nouveau rôle pour maintenir l’intégrité génomique des cellules aussi bien dans les conditions normales qu’en réponse au stress oxydatif.

Importance of the HSP90 molecular chaperoning pathway for antibody diversification by determining AID stability

La protéine AID (déaminase induite par l’activation) joue un rôle central dans la réponse immunitaire adaptative. En désaminant des désoxycytidines en désoxyuridines au niveau des gènes immunoglobulines, elle initie l’hypermutation somatique (SHM), la conversion génique (iGC) et la commutation isotypique (CSR). Elle est essentielle à une réponse humorale efficace en contribuant à la maturation de l’affinité des anticorps et au changement de classe isotypique. Cependant, son activité mutagénique peut être oncogénique et causer une instabilité génomique propice au développement de cancers et de maladies autoimmunes. Il est donc critique de réguler AID, en particulier ses niveaux protéiques, pour générer une réponse immunitaire efficace tout en minimisant les risques de cancer et d’autoimmunité. Un élément de régulation est le fait qu’AID transite du cytoplasme vers le noyau mais reste majoritairement cytoplasmique à l’équilibre. AID est par ailleurs plus stable dans le cytoplasme que dans le noyau, ce qui contribue à réduire sa présence à proximité de l’ADN. Le but de cette thèse était d’identifier de nouveaux partenaires et déterminants d’AID régulant sa stabilité et ses fonctions biologiques. Dans un premier temps, nous avons identifié AID comme une nouvelle protéine cliente d’HSP90. Nous avons montré qu’HSP90 interagit avec AID dans le cytoplasme, ce qui empêche la poly-ubiquitination d’AID et sa dégradation par le protéasome. En conséquence, l’inhibition d’HSP90 résulte en une diminution significative des niveaux endogènes d’AID et corrèle avec une réduction proportionnelle de ses fonctions biologiques dans la diversification des anticorps mais aussi dans l’introduction de mutations aberrantes. Dans un second temps, nous avons montré que l’étape initiale dans la stabilisation d’AID par la voie de chaperonnage d’HSP90 dépend d’HSP40 et d’HSP70. En particulier, la protéine DnaJa1, qui fait partie de la famille des protéines HSP40s, limite la stabilisation d’AID dans le cytoplasme. La farnésylation de DnaJa1 est importante pour l’interaction entre DnaJa1 et AID et moduler les niveaux de DnaJa1 ou son état de farnésylation impacte à la fois les niveaux endogènes d’AID mais aussi la diversification des anticorps. Les souris DNAJA1-/- présentent une réponse immunitaire compromise en cas d’immunisation, qui est dûe à des niveaux réduits d’AID et un défaut de commutation de classe. Dans un troisième temps, nous avons montré que la protéine AID est intrinsèquement plus instable que sesprotéines paralogues APOBEC. Nous avons identifié l’acide aspartique en seconde position d’AID ainsi qu’un motif semblable au PEST comme des modulateurs de la stabilité d’AID. La modification de ces motifs augmente la stabilité d’AID et résulte en une diversification des anticorps plus efficace. En conclusion, l’instabilité intrinsèque d’AID est un élément de régulation de la diversification des anticorps. Cette instabilité est en partie compensée dans le cytoplasme par l’action protective de la voie de chaperonnage DnaJa1-HSP90. Par ailleurs, l’utilisation d’inhibiteurs d’HSP90 ou de farnésyltransférases pourrait être un outil intéressant pour la modulation indirecte des niveaux d’AID et le traitement de lymphomes/leucémies et de maladies auto-immunes causés par AID.

Communication et animalité : cartographie d'un commerce

Thèse réalisée en co-tutelle avec le Muséum National d'Histoire Naturelle de Paris.

Homéostasie des histones en réponse au dommage à l’ADN et étude d’inhibiteurs de désacétylases d’importance clinique

La chromatine possède une plasticité complexe et essentielle pour répondre à différents mécanismes cellulaires fondamentaux tels la réplication, la transcription et la réparation de l’ADN. Les histones sont les constituants essentiels de la formation des nucléosomes qui assurent le bon fonctionnement cellulaire d’où l’intérêt de cette thèse d’y porter une attention particulière. Un dysfonctionnement de la chromatine est souvent associé à l’émergence du cancer. Le chapitre II de cette thèse focalise sur la répression transcriptionnelle des gènes d’histones par le complexe HIR (HIstone gene Repressor) en réponse au dommage à l'ADN chez Saccharomyces cerevisiae. Lors de dommage à l’ADN en début de phase S, les kinases du point de contrôle Mec1, Tel1 et Rad53 s’assurent de bloquer les origines tardives de réplication pour limiter le nombre de collisions potentiellement mutagéniques ou cytotoxiques entre les ADN polymérases et les lésions persistantes dans l'ADN. Lorsque la synthèse totale d’ADN est soudainement ralentie par le point de contrôle, l’accumulation d'un excès d'histones nouvellement synthétisées est néfaste pour les cellules car les histones libres se lient de manière non-spécifique aux acides nucléiques. L'un des mécanismes mis en place afin de minimiser la quantité d’histones libres consiste à réprimer la transcription des gènes d'histones lors d'une chute rapide de la synthèse d'ADN, mais les bases moléculaires de ce mécanisme étaient très mal connues. Notre étude sur la répression des gènes d’histones en réponse aux agents génotoxiques nous a permis d’identifier que les kinases du point de contrôle jouent un rôle dans la répression des gènes d’histones. Avant le début de mon projet, il était déjà connu que le complexe HIR est requis pour la répression des gènes d’histones en phase G1, G2/M et lors de dommage à l’ADN en phase S. Par contre, la régulation du complexe HIR en réponse au dommage à l'ADN n'était pas connue. Nous avons démontré par des essais de spectrométrie de masse (SM) que Rad53 régule le complexe HIR en phosphorylant directement une de ses sous-unités, Hpc2, à de multiples résidus in vivo et in vitro. La phosphorylation d’Hpc2 est essentielle pour le recrutement aux promoteurs de gènes d’histones du complexe RSC (Remodels the Structure of Chromatin) dont la présence sur les promoteurs des gènes d'histones corrèle avec leur répression. De plus, nous avons mis à jour un nouveau mécanisme de régulation du complexe HIR durant la progression normale à travers le cycle cellulaire ainsi qu'en réponse aux agents génotoxiques. En effet, durant le cycle cellulaire normal, la protéine Hpc2 est très instable durant la transition G1/S afin de permettre la transcription des gènes d’histones et la production d'un pool d'histones néo-synthétisées juste avant l'initiation de la réplication de l’ADN. Toutefois, Hpc2 n'est instable que pour une brève période de temps durant la phase S. Ces résultats suggèrent qu'Hpc2 est une protéine clef pour la régulation de l'activité du complexe HIR et la répression des gènes d’histones lors du cycle cellulaire normal ainsi qu'en réponse au dommage à l’ADN. Dans le but de poursuivre notre étude sur la régulation des histones, le chapitre III de ma thèse concerne l’analyse globale de l’acétylation des histones induite par les inhibiteurs d’histone désacétylases (HDACi) dans les cellules normales et cancéreuses. Les histones désacétylases (HDACs) sont les enzymes qui enlèvent l’acétylation sur les lysines des histones. Dans plusieurs types de cancers, les HDACs contribuent à l’oncogenèse par leur fusion aberrante avec des complexes protéiques oncogéniques. Les perturbations causées mènent souvent à un état silencieux anormal des suppresseurs de tumeurs. Les HDACs sont donc une cible de choix dans le traitement des cancers engendrés par ces protéines de fusion. Notre étude de l’effet sur l’acétylation des histones de deux inhibiteurs d'HDACs de relevance clinique, le vorinostat (SAHA) et l’entinostat (MS-275), a permis de démontrer une augmentation élevée de l’acétylation globale des histones H3 et H4, contrairement à H2A et H2B, et ce, autant chez les cellules normales que cancéreuses. Notre quantification en SM de l'acétylation des histones a révélé de façon inattendue que la stœchiométrie d'acétylation sur la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56Ac) est de seulement 0,03% et, de manière surprenante, cette stœchiométrie n'augmente pas dans des cellules traitées avec différents HDACi. Plusieurs études de H3K56Ac chez l’humain présentes dans la littérature ont rapporté des résultats irréconciliables. Qui plus est, H3K56Ac était considéré comme un biomarqueur potentiel dans le diagnostic et pronostic de plusieurs types de cancers. C’est pourquoi nous avons porté notre attention sur la spécificité des anticorps utilisés et avons déterminé qu’une grande majorité d’anticorps utilisés dans la littérature reconnaissent d’autres sites d'acétylation de l’histone H3, notamment H3K9Ac dont la stœchiométrie d'acétylation in vivo est beaucoup plus élevée que celle d'H3K56Ac. De plus, le chapitre IV fait suite à notre étude sur l’acétylation des histones et consiste en un rapport spécial de recherche décrivant la fonction de H3K56Ac chez la levure et l’homme et comporte également une évaluation d’un anticorps supposément spécifique d'H3K56Ac en tant qu'outil diagnostic du cancer chez l’humain.

Le maintien de la stabilité génomique du plastide : un petit génome d’une grande importance

Chez les plantes, le génome plastidique est continuellement exposé à divers stress mutagènes, tels l’oxydation des bases et le blocage des fourches de réplication. Étonnamment, malgré ces menaces, le génome du plastide est reconnu pour être très stable, sa stabilité dépassant même celle du génome nucléaire. Néanmoins, les mécanismes de réparation de l’ADN et du maintien de la stabilité du génome plastidique sont encore peu connus. Afin de mieux comprendre ces processus, nous avons développé une approche, basée sur l’emploi de la ciprofloxacine, qui nous permet d’induire des bris d’ADN double-brins (DSBs) spécifiquement dans le génome des organelles. En criblant, à l’aide de ce composé, une collection de mutants d’Arabidopsis thaliana déficients pour des protéines du nucléoïde du plastide, nous avons identifié 16 gènes vraisemblablement impliqués dans le maintien de la stabilité génomique de cette organelle. Parmi ces gènes, ceux de la famille Whirly jouent un rôle primordial dans la protection du génome plastidique face aux réarrangements dépendants de séquences de microhomologie. Deux autres familles de gènes codant pour des protéines plastidiques, soit celle des polymérases de types-I et celle des recombinases, semblent davantage impliquées dans les mécanismes conservateurs de réparation des DSBs. Les relations épistatiques entre ces gènes et ceux des Whirly ont permis de définir les bases moléculaires des mécanismes de la réparation dépendante de microhomologies (MHMR) dans le plastide. Nous proposons également que ce type de mécanismes servirait en quelque sorte de roue de secours pour les mécanismes conservateurs de réparation. Finalement, un criblage non-biaisé, utilisant une collection de plus de 50,000 lignées mutantes d’Arabidopsis, a été réalisé. Ce criblage a permis d’établir un lien entre la stabilité génomique et le métabolisme des espèces réactives oxygénées (ROS). En effet, la plupart des gènes identifiés lors de ce criblage sont impliqués dans la photosynthèse et la détoxification des ROS. Globalement, notre étude a permis d’élargir notre compréhension des mécanismes du maintien de la stabilité génomique dans le plastide et de mieux comprendre l’importance de ces processus.

Bioremediation of Zinc Using Bacillus sp. Isolated from Metal- Contaminated Industrial Zone

The production of heavy metals has increased quickly since the industrial revolution. Heavy metals frequently form compounds that can be toxic, carcinogenic, or mutagenic, even in very small concentrations. The usual techniques of removing metals from wastewaters are in general expensive and have many restrictions. Alternative methods of metal removal and recovery based on biological materials have been measured. Among various agents, the use of microbes for the removal of metals from industrial and municipal wastewater has been proposed as a promising alternative to conventional heavy metal management strategies in past decades. Thus, the present study aims to isolate and characterize bacteria from soil, sediment, and waters of metal-contaminated industrial area to study the zinc resistance patterns and the zinc bioaccumulation potential of the selected microorganism. Zinc analysis of the samples revealed that concentrations varying from 39.832 m g/L to 310.24 m g/L in water, 12.81 m g/g to 407.53 m g/g in soil, and 81.06 m g/g to 829.54 m g/g in sediment are present. Bacterial zinc resistance study showed that tolerance to Zn was relatively low (<500 m g/ml). Ten bacterial genera were represented in soil and 11 from water, while only 5 bacterial genera were recorded from sediment samples. Bacillus, Pseudomonas , and Enterobacter were found in soil, sediment, and water samples. Highly zincresistant Bacillus sp. was selected for zinc removal experiment. Zinc removal studies revealed that at pH 5 about 40% reduction occurs; at pH 7, 25% occurs; and at pH 9, 50% occurs. Relatively an increased removal of Zinc was observed in the fi rst day of the experiment by Bacillus sp. The metal bioaccumulative potential of the selected isolates may have possible applications in the removal and recovery of zinc from industrial ef fluents.

Studies On The Effect Of Laser Radiation And Other Mutagens On Plants

The effect of lasers of three wavelengths in the visible region - 476, 488 and 514 nm on mitotic and meiotic cell divisions, growth, yield and activity of specific enzymes were studied in two taxonomically diverse plant species — A/lium cepa L. and Vicia faba. The effect of laser exposures was compared with the effect of two physical mutagens (Gamma and Ultraviolet radiations) and two chemical mutagens (Ethyl Methane Sulphonate and Hydroxyl amine). The study indicated that lasers could be mutagenic causing aberration in the mitotic and meiotic cell divisions while also producing changes in the growth and yield of the plants. Lasers of higher wavelengths 488 and 514 nm caused aberrations in the early stages of mitotic cell division whereas lasers of lower wavelengths (476 nm) caused more aberrations in the later stages of mitotic cell division. Laser exposure of 488 nm wavelength at power density 400 mW induced higher mitotic and meiotic aberrations and also induced higher pollen sterility than lasers of 476 and 514 nm. The frequency of mitotic aberrations induced by lasers was lesser than that caused by y-irradiation but comparable to that induced by EMS and HA. Lasers cause mutations in higher frequencies than UV. Lasers had a stimulatory effect on growth and yield in both plant species. This stimulatory effect of lasers on germination could not however be correlated to the activity of amylase and protease, the key enzymes in seed gennination. Enzymes such as peroxidase and catalase, involved in scavenging of free oxygen radicals often produced by irradiation, did not show increased activity in laser irradiated samples. Further studies are required for elucidating the exact mechanisms by which lasers cause mutations

Zytogenetische Untersuchungen zur Bestimmung der chromosomalen Aneuploidie in der Karzinogenese sowie für die Frühdiagnostik des Pankreaskarzinoms

Bauchspeicheldrüsenkrebs ist die vierthäufigste Krebstodesursache in Deutschland. Durch die tiefe Lage des Organs im Körperinneren und das späte Auftreten von Symptomen erfolgt die Diagnose meist zu einem sehr späten Zeitpunkt, zu dem eine Resektion des Tumors in 80% der Fälle nicht mehr möglich ist. Die Hälfte der Patienten verstirbt bereits im ersten Jahr nach Diagnosestellung. Nach heutiger Erkenntnis entwickeln sich Adenokarzinome der Bauchspeicheldrüse über schrittweise histologische Veränderungen, die sogenannten PanIN Läsionen (pancreatic intraepithelial neoplasia). Bis heute fehlen jedoch klinisch einsetzbare Parameter für die Früherkennung des Karzinoms und seiner Vorstufen. Bisher ist nicht vollständig geklärt, welche molekularen Veränderungen hierbei eine wesentliche Rolle spielen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist, die molekular- und zytogenetische Mutationsinzidenz und -Sequenz im Verlauf der neoplastischen Progression in der PanIN-Sequenz aufzuklären. Unter Anwendung der Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung (FISH) wird weiterführend die Frage beantwortet, ob sich der Nachweis von zytogenetischen Veränderungen in Zellen, die endoskopisch aus dem Pankreassekret gewonnen wurden, als neuartiger Ansatz für eine Frühdiagnostik nutzen lassen. Die molekulargenetischen Analysen zeigen, dass die PanIN-Läsionen aus Geweben mit chronischer Pankreatitis denen aus Geweben mit Karzinomen gleichzusetzen sind. Veränderungen in der Anzahl einzelner Chromosomen, sowie Basenmutationen finden sich bereits in den frühesten Gangläsionen. Die diffuse Verteilung von Genmutationen lässt einen mutagenen Feldeffekt vermuten, in welchem endogene (z.B. Pankreasenzyme, oxidativer Stress) und/oder exogene (z.B. Nikotin, Alkohol) Noxen auf verschiedene Pankreasgänge während einer langen Zeit einwirken. Auf der Basis der erhaltenen Daten kann angenommen werden, dass die prä-neoplastischen Läsionen in Geweben mit chronischer Pankreatitis eine Progression durchlaufen, in der sich sporadische Defekte wie Basenmutationen und Mitosefehler (Aneuplodien) akkumulieren. Die biologische Relevanz für die Tumorentstehung sollte jedoch immer im klinischen Kontext betrachtet werden. In Kombination mit weiteren Parametern (z.B. Alter, Dauer der Pankreatitis) könnte dies eine Möglichkeit bieten, das Risiko für die Entstehung eines Karzinoms individuell zu bestimmen und somit Patienten frühzeitig genug vor der Manifestation eines Tumors einer (Teil-)Resektion des Organs zuzuführen.

Role of oxygen radicals in DNA damage and cancer incidence

The development of cancer in humans and animals is a multistep process. The complex series of cellular and molecular changes participating in cancer development are mediated by a diversity of endogenous and exogenous stimuli. One type of endogenous damage is that arising from intermediates of oxygen (dioxygen) reduction - oxygen-free radicals (OFR), which attacks not only the bases but also the deoxyribosyl backbone of DNA. Thanks to improvements in analytical techniques, a major achievement in the understanding of carcinogenesis in the past two decades has been the identification and quantification of various adducts of OFR with DNA. OFR are also known to attack other cellular components such as lipids, leaving behind reactive species that in turn can couple to DNA bases. Endogenous DNA lesions are genotoxic and induce mutations. The most extensively studied lesion is the formation of 8-OH-dG. This lesion is important because it is relatively easily formed and is mutagenic and therefore is a potential biomarker of carcinogenesis. Mutations that may arise from formation of 8-OH-dG involve GC. TA transversions. In view of these findings, OFR are considered as an important class of carcinogens. The effect of OFR is balanced by the antioxidant action of non-enzymatic antioxidants as well as antioxidant enzymes. Non-enzymatic antioxidants involve vitamin C, vitamin E, carotenoids (CAR), selenium and others. However, under certain conditions, some antioxidants can also exhibit a pro-oxidant mechanism of action. For example, beta-carotene at high concentration and with increased partial pressure of dioxygen is known to behave as a pro-oxidant. Some concerns have also been raised over the potentially deleterious transition metal ion-mediated (iron, copper) pro-oxidant effect of vitamin C. Clinical studies mapping the effect of preventive antioxidants have shown surprisingly little or no effect on cancer incidence. The epidemiological trials together with in vitro experiments suggest that the optimal approach is to reduce endogenous and exogenous sources of oxidative stress, rather than increase intake of anti-oxidants. In this review, we highlight some major achievements in the study of DNA damage caused by OFR and the role in carcinogenesis played by oxidatively damaged DNA. The protective effect of antioxidants against free radicals is also discussed.

Effect of processed and red meat on endogenous nitrosation and DNA damage

Haem in red meat (RM) stimulates the endogenous production of mutagenic nitroso compounds (NOC). Processed (nitrite-preserved red) meat additionally contains high concentrations of preformed NOC. In two studies, of a fresh RM versus a vegetarian (VEG) diet (six males and six females) and of a nitrite-preserved red meat (PM) versus a VEG diet (5 males and 11 females), we investigated whether processing of meat might increase colorectal cancer risk by stimulating nitrosation and DNA damage. Meat diets contained 420 g (males) or 366 g (females) meat/per day. Faecal homogenates from day 10 onwards were analysed for haem and NOC and asso- ciated supernatants for genotoxicity. Means are adjusted for differ- ences in male to female ratios between studies. Faecal NOC concentrations on VEG diets were low (2.6 and 3.5 mmol/g) but significantly higher on meat diets (PM 175 ± 19 nmol/g versus RM 185 ± 22 nmol/g; P 5 0.75). The RM diet resulted in a larger pro- portion of nitrosyl iron (RM 78% versus PM 54%; P < 0.0001) and less nitrosothiols (RM 12% versus PM 19%; P < 0.01) and other NOC (RM 10% versus PM 27%; P < 0.0001). There was no statis- tically significant difference in DNA breaks induced by faecal water (FW) following PM and RM diets (P 5 0.80). However, PM re- sulted in higher levels of oxidized pyrimidines (P < 0.05). Surpris- ingly, VEG diets resulted in significantly more FW-induced DNA strand breaks than the meat diets (P < 0.05), which needs to be clarified in further studies. Meats cured with nitrite have the same effect as fresh RM on endogenous nitrosation but show increased FW-induced oxidative DNA damage.

Persistence of anticancer activity in berry extracts after simulated gastrointestinal digestion and colonic fermentation.

Fruit and vegetable consumption is associated at the population level with a protective effect against colorectal cancer. Phenolic compounds, especially abundant in berries, are of interest due to their putative anticancer activity. After consumption, however, phenolic compounds are subject to digestive conditions within the gastrointestinal tract that alter their structures and potentially their function. However, the majority of phenolic compounds are not efficiently absorbed in the small intestine and a substantial portion pass into the colon. We characterized berry extracts (raspberries, strawberries, blackcurrants) produced by in vitro-simulated upper intestinal tract digestion and subsequent fecal fermentation. These extracts and selected individual colonic metabolites were then evaluated for their putative anticancer activities using in vitro models of colorectal cancer, representing the key stages of initiation, promotion and invasion. Over a physiologically-relevant dose range (0-50 µg/ml gallic acid equivalents), the digested and fermented extracts demonstrated significant anti-genotoxic, anti-mutagenic and anti-invasive activity on colonocytes. This work indicates that phenolic compounds from berries undergo considerable structural modifications during their passage through the gastrointestinal tract but their breakdown products and metabolites retain biological activity and can modulate cellular processes associated with colon cancer.

Comparison of in vivo and in vitro digestion on polyphenol composition in lingonberries: potential impact on colonic health

The composition of polyphenols in ileal fluid samples obtained from an ileostomy subject after lingonberry intake was compared with lingonberry extracts obtained after simulated in vitro digestion (IVDL) and subsequent faecal fermentation (IVFL). HPLC-PDA-MS/MS analysis confirmed similar patterns of lingonberry (poly)phenolic metabolism after the in vivo and in vitro digestion, with reduced recovery of anthocyanins and a similar pattern of recovery for proanthocyanidins observed for both methods of digestion. On the other hand, the IVFL sample contained none of the original (poly)phenolic components but was enriched in simple aromatic components. Digested and fermented extracts exhibited significant (P < 0.05) anti-genotoxic (Comet assay), anti-mutagenic (Mutation Frequency assay), and anti-invasive (Matrigel Invasion assay) effects in human cell culture models of colorectal cancer at physiologically-relevant doses (0-50 μg/mL gallic acid equivalents). The ileal fluid induced significant anti-genotoxic activity (P < 0.05), but at a higher concentration (200 μg/mL gallic acid equivalents) than the IVDL. Despite extensive structural modification following digestion and fermentation, lingonberry extracts retained their bioactivity in vitro. This reinforces the need for studies to consider the impact of digestion when investigating bioactivity of dietary phytochemicals.