The genetics of glucosamine resistance in yeast /

Thesis (M. Sc.) - Brock University, 1975.

Glucosamine resistance in the yeast, Saccharomyces cerivisae [sic]

By using glucosamine resistant mutants of Saccharomyces ceriv~sa~ an attempt was made to discover the mechanisms which cause glucose repression and/or the Crabtree effect. The strains used are 4B2, GR6, lOP3r, GR8l and GRI08. 4B2 is a wild type yeast while the others are its mutants. To characterize the biochemical reactions which made these mutants resistant to glucosamine poisoning the following experiments were done~ 1. growth and respiration; 2. transport of sugars; 3. effect of inorganic phosphate (Pi): 4. Hexokinase; 5. In yivo phosphorylation. From the above experiments the following conclusions may be drawn: (i) GR6 and lOP3r have normal respiratory and fermentative pathways. These mutants are resistant to glucosamine poisoning due to a slow rate of sugar transport which is due to change in the cell membrane. (ii) GR8l has a normal respiratory pathway. The slow growth on fermentable carbon sourCEE indicates that in GR8l the lesion is in or associated with the glycolytic pathway. The lower rate of sugar transport may be due to a change in energy metabolism. The invivo phosphorylation rate indicates that in GR81 facilitated diffusion is the dominant transport mechanism. (iii) GR108 msa normal glycolytic pathway but the respiratory pathway is abnormal. The slow rate of sugar transport is due to a change in energy metabolism. The lower percentage of in vivo phosphorylation is probably due to a lowered availability of ATP because of the mitochondrial lesion. In all mutants resistance to glucosamine poisoning is due to a lower rate of utilization of ATP. which is caused by various mechanisms (see above), making less ADP available for phosphorylation via ATP synthase which utilizes inorganic phosphate. Because of the lower utilization of Pi, the concentration of intra-mitochondrial Pi does not go down thus protecting mutants from glucosamine poisoning.

The genetics of glucosamine in yeast : cytoplasmic determinants conferring resistance

Two cytoplasmic, glucosamine resistant mutants of Saccharomyces cerevisiae, GR6 and GR10, were examined to determine whether or not the lesions involved were located on mitochondrial DNA. Detailed investigation of crosses of GR6 and GR10 or their derivatives to strains bearing known mitochondrial markers demonstrated that: 1. the frequency of glucos~~ine resistance in diploids was independent of factors influencing mitochondrial marker output. 2. upon tetrad analysis a variety of tetrad ratios was observed for glucosamine resistance whereas mitochondrial markers segregated 4:0 or 0:4 (resistant:sensitive). 3. glucosamine resistance and mitochondrial markers segregated differentially with time. 4. glucosamine resistance persisted following treatment of a GRIO derivative with ethidium bromide at concentrations high enough to eliminate all mitochondrial DNA. 5. haploid spore clones displayed two degrees of glucosamine resistance, weak and strong, while growth due to mitochondrial mutations was generally thick and confluent. 6. a number of glucosamine resistant diploids and haploids, which also possessed a mithchondrial resistance mutation, were unable to grow on medium containing both glucosamine and the particular drug involved. 3 These observations 1~ 6 provided strong evidence that the cytoplasmic glucosamine resistant mutations present in GR6 and GRiO were not situated on mitochondrial DNA. Comparison of the glucosamine resistance mutations to some other known cytoplasmic determinants revealed that: 7. glucosamine resistance and the expression of the killer phenotype were separate phenomena. 8. unlike yeast carrying resistance conferring episomes GR6 and GR10 were not resistant to venturicidin or oligomycin and the GR factor exhibited genetic behaviour different from that of the episomal determinants. These results 7--+8 suggested that glucosamine resistance was not associated with the killer determinant nor with alleged yeast episomes. It is therefore proposed that a yeast plasmid(s), previously undescribed, is responsible for glucosamine resistance. The evidence to date is compatible with the hypothesis that GR6 and GR10 carry allelic mutations of the same plasmid which is tentatively designated (GGM).

Influence du chondroïtine sulfate (CS) sur l’activité et l’expression de plusieurs isoformes du cytochrome P450 et de la NADPH P450 réductase

Le CS fait partie de la famille des SYSADOA (SYmptomatic Slow Acting Drugs for OsteoArthritis) et est utilisé par les patients avec de l’ostéoarthrose de façon chronique pour ses propriétés anti-inflammatoires. Étant donné que ces patients reçoivent d’autres médicaments, il était intéressant de documenter les effets du CS sur le cytochrome P450 et la NADPH-réductase (NADPH). Pour cette étude, deux modèles ont été utilisés: des lapins témoins (LT) et des lapins avec une réaction inflammatoire (LRI) afin de diminuer l’activité et l’expression du CYP. Six groupes contenant chacun cinq lapins ont été utilisés: un groupe sans CS et deux groupes qui ont pris oralement dans l’eau approximativement 20.5 mg/kg/jour de CS pendant 20 et 30 jours; les lapins des trois groupes restants ont pris du CS comme décrit plus haut, mais ont reçu 5 ml sous-cutanées de térébenthine afin de produire une réaction inflammatoire aseptique (RIA) deux jours avant leur sacrifice, c’est-à-dire aux jours -2, 18 et 28. Les hépatocytes ont été isolés pour évaluer l’activité et l’expression du CYP3A6, CYP1A2 et NADPH et aussi le ARNm de ces protéines. In vitro, nous avons étudié l’effet de différentes concentrations de CS-disaccharides sulfatés, 4S, 6S, et 4,6S de CS, sur l’activité et l’expression du CYP1A2 et du CYP3A6. Pour documenter la présence de la réaction inflammatoire, nous avons mesure les mucoprotéines, dans le sérum des lapins avec une réaction inflammatoire. Aussi nous avons mesuré la présence de l’oxide nitrique (NO) chez les hépatocytes de lapins contrôles et chez les hépatocytes des lapins avec une réaction inflammatoire. La translocation nucléaire du NF-κB a été etudiée par fluorescence chez les hépatocytes. Par comparaison aux lapins témoins, l’administration du CS pendant 20 et 30 jours n’affecte pas l’activité du CYP3A6 et du CYP1A2. La RIA a augmenté les mucoprotéines à 95,1±5,7 vs 8,4±1,6 mg/dl dans les lapins témoins (p<0,05). La RIA a diminué l’activité du CYP3A6 de 62% et l’activité du CYP 1A2 de 54%. Le CS n’empêché pas la diminution du CYP1A2 produite par la RIA. Par ailleurs, le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression de la NADPH. La translocation nucléaire de NF-κB a été empêche par l’administration chronique de CS aux lapins avec RIA; en plus, la concentration de l’oxide nitrique n’a pas démontré une augmentation en présence de CS; par contre, CS n’empêche pas l’augmentation des séromucoïdes. Au contraire, CS affecte la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA. Dans ce group, CS a rétabli le niveau des protéines du CYP3A6 observé dans le group de lapins témoins. Pourtant cette croissance été independante de mRNA qui garde un niveau trés bas. Le plus remarcable a été la manière dont CS a augmenté la protéine du CYP3A6, sans avoir rétabli l’activité de cet isoforme. Finalement, in vitro, CS et ses trois disaccharides sulfatés (4S, 6S et 4,6S) n’affectent ni l’activité ni l’expression de CYP1A2, CYP3A6 et de la NADPH. En conclusion, l’administration chronique de CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du CYP1A2, ou la diminution du CYP1A2 produite par la réaction inflammatoire. Le CS n’affecte pas l’activité ni l’expression du NADPH. Cependant, CS empêche la diminution du CYP3A6 en fonction de temps et secondaire à la RIA.

N-acétyltransférase lysosomale : organisation, fonctionnement et défauts moléculaires chez les patients atteints du syndrome de Sanfilippo type C

L’acétylation des résidus de glucosamine terminaux par la N-acétyltransférase lysosomale (HGSNAT) est une étape essentielle de la dégradation catabolique de l’héparan sulfate. Des défauts dans cette réaction causent une maladie de surcharge lysosomale autosomale récessive rare : le désordre de Sanfilippo type C (SFC). À ce jour, 54 mutations ont été rapportées chez des patients SFC, incluant 13 mutations des sites d’épissage, 11 insertions et délétions, 8 mutations non-sens, 18 mutations faux-sens et 4 polymorphismes, avec différentes manifestations phénotypiques. Nous avons identifié 10 d’entre elles et effectué une étude exhaustive portant sur l’éventail des mutations SFC, leur distribution dans la population de patients, ainsi que leur impact potentiel sur la structure de la HGSNAT. Les erreurs d’épissage, les mutations non-sens, les insertions et les délétions devraient toutes entraîner un ARN non fonctionnel qui est rapidement dégradé par des mécanismes de contrôle qualité cellulaire. Les 4 polymorphismes identifiés sont des changements d'acides aminés qui ne modifient pas l'activité enzymatique, la glycosylation ou la localisation et n'ont donc pas de signification au niveau clinique. Au niveau des enzymes, les polymorphismes sont des changements d’acides aminés qui n’affectent pas la fonction, mais dans un contexte d’acides nucléiques ils peuvent être considérés comme des mutations faux-sens. Les dix-huit mutations faux-sens qui ont été exprimées ont produit des protéines inactives, en raison d'erreurs dans leur repliement. Ceci expliquerait donc la progression sévère de la maladie chez les personnes porteuses de ces mutations. Les protéines mutantes mal repliées sont anormalement glycosylées et conservées dans le réticulum endoplasmique. La thérapie par amélioration de l’activité enzymatique par des chaperonnes est une option thérapeutique potentielle, spécifiquement conçue pour exploiter l'activité enzymatique résiduelle de mutants mal repliés, afin d’éliminer les substrats stockés. Nous avons démontré que le traitement de plusieurs lignées de fibroblastes de patients SFC avec le chlorhydrate de glucosamine, un inhibiteur spécifique de la HGSNAT, a partiellement restauré l’activité de l'enzyme mutante, fournissant une preuve de l’utilité future de la thérapie par des chaperonnes dans le traitement de la maladie de SFC.

Revêtement anti-apoptotique à base de chondroïtine sulfate : vers un stent-graft bioactif

La réparation endovasculaire (EVAR) est une technique minimalement invasive permettant de traiter l’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) par l’entremise d’un stent- graft (SG). L’utilisation d’EVAR est actuellement limitée par de fréquentes complications liées à une guérison inadéquate autour de l’implant. Ce manque de guérison est principalement dû au type de recouvrement polymérique des SG, au milieu pro-apoptotique des AAA et à l’accès réduit aux nutriments et à l’oxygène après EVAR. L’objectif de cette thèse consistait à concevoir un revêtement bioactif permettant d’inhiber l’apoptose et stimuler la croissance des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV), pour ainsi favoriser la guérison des tissus vasculaires autour des SG. La chondroïtine-4-sulfate (CS) a d’abord été choisie, car elle a été identifiée comme un médiateur important de la réparation vasculaire. Il a été démontré que la CS en solution influence directement la résistance à l’apoptose des CMLV, en plus de favoriser la différenciation myofibroblastique chez les fibroblastes. Dans le cadre de ce projet, un premier revêtement à base de CS et de collagène a été créé. Bien que le revêtement permettait d’induire une résistance à l’apoptose chez les CMLV, il se désintégrait trop rapidement dans des conditions aqueuses. Une nouvelle méthodologie a donc été adaptée afin de greffer la CS directement sur des surfaces aminées, à l’aide d’un système utilisant un carbodiimide. Dans le but d’accroître la croissance des CMLV à la surface des revêtements, le facteur de croissance de l’épiderme (EGF) a ensuite été sélectionné. En plus de ses propriétés mitogéniques et chimiotactiques, l’EGF stimule la production d’éléments de la matrice extracellulaire, comme le collagène et la fibronectine. De plus, l’activation du récepteur de l’EGF inhibe également l’apoptose des CMLV. L’EGF a donc été greffé sur la CS. Le revêtement de CS+EGF a démontré une bonne uniformité et bioactivité sur des surfaces de verre aminé. iii iv Dans une 3ème étape, afin de permettre de transposer ce revêtement bioactif sur des implants, plusieurs méthodes permettant de créer des groupements d’amines primaires sur les biomatériaux polymériques comme le PET ou le ePTFE ont été étudiées. La polymérisation par plasma a été choisie pour créer le revêtement CS+EGF à la surface de PET. Une fois de plus, celui-ci a permis d’inhiber l’apoptose des CMLV, dans des conditions pro-apoptotiques, et de favoriser la croissance des cellules. Le revêtement de CS et d’EGF, déposé sur des surfaces aminées, possède des caractéristiques biologiques intéressantes et semble donc prometteur pour favoriser une meilleure guérison autour des SG.

Gastric stability and oral bioavailability of colistin sulfate in pigs challenged or not with Escherichia coli O149: F4 (K88)

The aim of the present study was to investigate the in vitro gastric stability of colistin sulfate (CS) and its antimicrobial activity against Escherichia coli and to study the impact of ETEC O149: F4 (K88) infection in pigs on CS intestinal absorption. The stability profile of CS was evaluated in a simulated gastric fluid (SGF). Antimicrobial activity of CS and its degradation products were examined in a 96-well polystyrene microplate model. The effect of experimental infection with ETEC O149: F4 on CS intestinal absorption was determined by quantification of CS systemic concentration using a validated LC–MS/MS method. A rapid degradation of CS accompanied by an increase in CS antimicrobial activity by comparison with non-degraded CS (P < 0.0001) was observed in SGF. Additionally, CS levels were not quantifiable in systemic circulation using a highly sensitive method and concurrent oral challenge did not affect CS absorption in an induction model of subclinical post-weaning diarrhea (PWD).

Studies on the Antiulcerogenic and Antihepatotoxic Potential of Chitosan and Glucosamine in Experimental Rats

The present study examined the antiulcer effect of glucosamine on mucosal antioxidant defense system in ibuprofen-induced peptic ulcer in male albino rats. The results of the present study indicate that the pre-oral administration of chitosan and glucosamine maintain near to the normal status the activities of the mucosal antioxidant enzymes and the level of GSH (Glutathione), which protect mucosa against oxidative damage by decreasing the lipid peroxidation and strengthening the mucosal barrier, and which are the first line of defense against exogenous ulcerogenic agents. In this study indicate that the oral pre-treatment of chitosan and glucosamine can prevent ibuprofen-induced peptic ulcer in rats.This study can be concluded that co-administration of chitsosan and glucosamine can effectively prevent the isonized and rifampicin induced hepatotoxicity in rats.Comparatively, chitosan was found to have better results than glucosamine in alleviating the hepatic disorders.

Standardization of Optimum Conditions for the Production of Glucosamine Hydrochiloride from Chitin

The study entitled standardization of optimum conditions for the production of glucosamine hydrochloride from chitin. Shellfish processing industries around the world turn out a significant quantity of head and shell as industrial waste. The waste must be removed immediately to prevent the contamination to the processing environment. The technique that are available for their disposal include ocean dumping, incineration or disposal of landfill sites. In this thesis the techniques and methods are used to process glucosamine hydrochloride from crustacean processing waste. Chitin is a nitrogenous polysaccharide, which is white, hard, inelastic, found in outer skeleton of insects, crabs, shrimp and lobsters and in the internal structures of other invertebrates. Glucosamine can be considered as a nutraceutical product by virtue of its properties. It is important for healthy skin, and plays a major role in the healing of surgical incisions and skin wounds. Deproteinisation of shrimp shell had significant effect on quality of chitin. Demineralization is also influences chitin quality. Solvents used for glucosamine hydrochloride affects the final yield and purity.

Studies om the Antiulcerogenic and Antihepatotoxic Potential of Chitosan and Glucosamine in Eeperimental Rats

The present study examined the antiulcer effect of glucosamine on mucosal antioxidant defense system in ibuprofen-induced peptic ulcer in male albino rats. The results of the present study indicate that the pre-oral administration of chitosan and glucosamine maintain near to the normal status the activities of the mucosal antioxidant enzymes and the level of GSH (Glutathione), which protect mucosa against oxidative damage by decreasing the lipid peroxidation and strengthening the mucosal barrier, and which are the first line of defense against exogenous ulcerogenic agents. In this study indicate that the oral pre-treatment of chitosan and glucosamine can prevent ibuprofen-induced peptic ulcer in rats.This study can be concluded that co-administration of chitsosan and glucosamine can effectively prevent the isonized and rifampicin induced hepatotoxicity in rats.Comparatively, chitosan was found to have better results than glucosamine in alleviating the hepatic disorders