Exendin-4 protects beta-cells from interleukin-1 beta-induced apoptosis by interfering with the c-Jun NH2-terminal kinase pathway.

OBJECTIVE: The pro-inflammatory cytokine interleukin-1 beta (IL-1 beta) generates pancreatic beta-cells apoptosis mainly through activation of the c-Jun NH(2)-terminal kinase (JNK) pathway. This study was designed to investigate whether the long-acting agonist of the hormone glucagon-like peptide 1 (GLP-1) receptor exendin-4 (ex-4), which mediates protective effects against cytokine-induced beta-cell apoptosis, could interfere with the JNK pathway. RESEARCH DESIGN AND METHODS: Isolated human, rat, and mouse islets and the rat insulin-secreting INS-1E cells were incubated with ex-4 in the presence or absence of IL-1 beta. JNK activity was assessed by solid-phase JNK kinase assay and quantification of c-Jun expression. Cell apoptosis was determined by scoring cells displaying pycnotic nuclei. RESULTS: Ex-4 inhibited induction of the JNK pathway elicited by IL-1 beta. This effect was mimicked with the use of cAMP-raising agents isobutylmethylxanthine and forskolin and required activation of the protein kinase A. Inhibition of the JNK pathway by ex-4 or IBMX and forskolin was concomitant with a rise in the levels of islet-brain 1 (IB1), a potent blocker of the stress-induced JNK pathway. In fact, ex-4 as well as IBMX and forskolin induced expression of IB1 at the promoter level through cAMP response element binding transcription factor 1. Suppression of IB1 levels with the use of RNA interference strategy impaired the protective effects of ex-4 against apoptosis induced by IL-1 beta. CONCLUSIONS: The data establish the requirement of IB1 in the protective action of ex-4 against apoptosis elicited by IL-1 beta and highlight the GLP-1 mimetics as new potent inhibitors of the JNK signaling induced by cytokines.

VAMP-2 and cellubrevin are expressed in pancreatic beta-cells and are essential for Ca(2+)-but not for GTP gamma S-induced insulin secretion.

VAMP proteins are important components of the machinery controlling docking and/or fusion of secretory vesicles with their target membrane. We investigated the expression of VAMP proteins in pancreatic beta-cells and their implication in the exocytosis of insulin. cDNA cloning revealed that VAMP-2 and cellubrevin, but not VAMP-1, are expressed in rat pancreatic islets and that their sequence is identical to that isolated from rat brain. Pancreatic beta-cells contain secretory granules that store and secrete insulin as well as synaptic-like microvesicles carrying gamma-aminobutyric acid. After subcellular fractionation on continuous sucrose gradients, VAMP-2 and cellubrevin were found to be associated with both types of secretory vesicle. The association of VAMP-2 with insulin-containing granules was confirmed by confocal microscopy of primary cultures of rat pancreatic beta-cells. Pretreatment of streptolysin-O permeabilized insulin-secreting cells with tetanus and botulinum B neurotoxins selectively cleaved VAMP-2 and cellubrevin and abolished Ca(2+)-induced insulin release (IC50 approximately 15 nM). By contrast, the pretreatment with tetanus and botulinum B neurotoxins did not prevent GTP gamma S-stimulated insulin secretion. Taken together, our results show that pancreatic beta-cells express VAMP-2 and cellubrevin and that one or both of these proteins selectively control Ca(2+)-mediated insulin secretion.

L'oxalate: un déchet organique peu soluble, avec conséquences [Oxalate: a poorly soluble organic waste with consequences].

Oxalate is a highly insoluble metabolic waste excreted by the kidneys. Disturbances of oxalate metabolism are encountered in enteric hyperoxaluria (secondary to malabsorption, gastric bypass or in case of insufficient Oxalobacter colonization), in hereditary hyperoxaluria and in intoxication (ethylene glycol, vitamin C). Hyperoxaluria causes a large spectrum of diseases, from isolated hyperoxaluria to kidney stones and nephrocalcinosis formation, eventually leading to kidney failure and systemic oxalosis with life-threatening deposits in vital organs. New causes of hyperoxaluria are arising recently, in particular after gastric bypass surgery, which requires regular and preemptive monitoring. The treatment of hyperoxaluria involves reduction in oxalate intake and increase in calcium intake. Optimal urine dilution and supplementation with inhibitors of kidney stone formation (citrate) are required. Some conditions may need vitamin B6 supplementation, and the addition of probiotics might be useful in the future. Primary care physicians should identify cases of recurrent calcium oxalate stones and severe hyperoxaluria. Further management of hyperoxaluria requires specialized care.

Na,K-ATPase: a molecular target for Leptospira interrogans endotoxin

On the basis of our report that a glycolipoprotein fraction (GLP) extracted from Leptospira interrogans contains a potent inhibitor of renal Na,K-ATPase, we proposed that GLP-induced inhibition of Na,K-ATPase might be the primary cellular defect in the physiopathology of leptospirosis. The present study was designed to test this hypothesis by determining whether or not 1) GLP inhibits all the isoforms of Na,K-ATPase which are expressed in the tissues affected by leptospirosis, 2) Na,K-ATPase from leptospirosis-resistant species, such as the rat, is sensitive to GLP, 3) GLP inhibits Na,K-ATPase from intact cells, and 4) GLP inhibits ouabain-sensitive H,K-ATPase. The results indicate that in the rabbit, a leptospirosis-sensitive species, GLP inhibits with similar efficiency (apparent IC50: 120-220 µg protein GLP/ml) all isoforms of Na,K-ATPase known to be expressed in target tissues for the disease. Na,K-ATPase from rat kidney displays a sensitivity to GLP similar to that of the rabbit kidney enzyme (apparent IC50: 25-80 and 50-150 µg protein GLP/ml for rat and rabbit, respectively), indicating that resistance to the disease does not result from the resistance of Na,K-ATPase to GLP. GLP also reduces ouabain-sensitive rubidium uptake in rat thick ascending limbs (pmol mm-1 min-1 ± SEM; control: 23.8 ± 1.8; GLP, 88 µg protein/ml: 8.2 ± 0.9), demonstrating that it is active in intact cells. Finally, GLP had no demonstrable effect on renal H,K-ATPase activity, even on the ouabain-sensitive form, indicating that the active principle of GLP is more specific for Na,K-ATPase than ouabain itself. Although the hypothesis remains to be demonstrated in vivo, the present findings are compatible with the putative role of GLP-induced inhibition of Na,K-ATPase as an initial mechanism in the physiopathology of leptospirosis

Effects of ouabain on vascular reactivity

Ouabain is an endogenous substance occurring in the plasma in the nanomolar range, that has been proposed to increase vascular resistance and induce hypertension. This substance acts on the a-subunit of Na+,K+-ATPase inhibiting the Na+-pump activity. In the vascular smooth muscle this effect leads to intracellular Na+ accumulation that reduces the activity of the Na+/Ca2+ exchanger and to an increased vascular tone. It was also suggested that circulating ouabain, even in the nanomolar range, sensitizes the vascular smooth muscle to vasopressor substances. We tested the latter hypothesis by studying the effects of ouabain in the micromolar and nanomolar range on phenylephrine (PE)-evoked pressor responses. The experiments were performed in normotensive and hypertensive rats in vivo, under anesthesia, and in perfused rat tail vascular beds. The results showed that ouabain pretreatment increased the vasopressor responses to PE in vitro and in vivo. This sensitization after ouabain treatment was also observed in hypertensive animals which presented an enhanced vasopressor response to PE in comparison to normotensive animals. It is suggested that ouabain at nanomolar concentrations can sensitize vascular smooth muscle to vasopressor stimuli possibly contributing to increased tone in hypertension

Modulation of intercellular communication by differential regulation and heteromeric mixing of co-expressed connexins

Intercellular communication may be regulated by the differential expression of subunit gap junction proteins (connexins) which form channels with differing gating and permeability properties. Endothelial cells express three different connexins (connexin37, connexin40, and connexin43) in vivo. To study the differential regulation of expression and synthesis of connexin37 and connexin43, we used cultured bovine aortic endothelial cells which contain these two connexins in vitro. RNA blots demonstrated discordant expression of these two connexins during growth to confluency. RNA blots and immunoblots showed that levels of these connexins were modulated by treatment of cultures with transforming growth factor-ß1. To examine the potential ability of these connexins to form heteromeric channels (containing different connexins within the same hemi-channel), we stably transfected connexin43-containing normal rat kidney (NRK) cells with connexin37 or connexin40. In the transfected cells, both connexin proteins were abundantly produced and localized in identical distributions as detected by immunofluorescence. Double whole-cell patch-clamp studies showed that co-expressing cells exhibited unitary channel conductances and gating characteristics that could not be explained by hemi-channels formed of either connexin alone. These observations suggest that these connexins can readily mix with connexin43 to form heteromeric channels and that the intercellular communication between cells is determined not only by the properties of individual connexins, but also by the interactions of those connexins to form heteromeric channels with novel properties. Furthermore, modulation of levels of the co-expressed connexins during cell proliferation or by cytokines may alter the relative abundance of different heteromeric combinations.

Inhibition of the sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump with thapsigargin to estimate the contribution of Na+-Ca2+ exchange to ventricular myocyte relaxation

Relaxation in the mammalian ventricle is initiated by Ca2+ removal from the cytosol, which is performed by three main transport systems: sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SR-A), Na+-Ca2+ exchanger (NCX) and the so-called slow mechanisms (sarcolemmal Ca2+-ATPase and mitochondrial Ca2+ uptake). To estimate the relative contribution of each system to twitch relaxation, SR Ca2+ accumulation must be selectively inhibited, usually by the application of high caffeine concentrations. However, caffeine has been reported to often cause changes in membrane potential due to NCX-generated inward current, which compromises the reliability of its use. In the present study, we estimated integrated Ca2+ fluxes carried by SR-A, NCX and slow mechanisms during twitch relaxation, and compared the results when using caffeine application (Cf-NT) and an electrically evoked twitch after inhibition of SR-A with thapsigargin (TG-TW). Ca2+ transients were measured in 20 isolated adult rat ventricular myocytes with indo-1. For transients in which one or more transporters were inhibited, Ca2+ fluxes were estimated from the measured free Ca2+ concentration and myocardial Ca2+ buffering characteristics. NCX-mediated integrated Ca2+ flux was significantly higher with TG-TW than with Cf-NT (12 vs 7 µM), whereas SR-dependent flux was lower with TG-TW (77 vs 81 µM). The relative participations of NCX (12.5 vs 8% with TG-TW and Cf-NT, respectively) and SR-A (85 vs 89.5% with TG-TW and Cf-NT, respectively) in total relaxation-associated Ca2+ flux were also significantly different. We thus propose TG-TW as a reliable alternative to estimate NCX contribution to twitch relaxation in this kind of analysis.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

Effets directs et aigus de médicaments insulinosensibilisateurs sur la cellule bêta des îlots pancréatiques : de l’outil de recherche à l’identification de la décélération métabolique comme mode d’action

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques.

Substrate specificity of human glutamine transaminase K as an aminotransferase and as a cysteine S-conjugate beta-lyase

Rat kidney glutamine transaminase K (GTK) exhibits broad specificity both as an aminotransferase and as a cysteine S-conjugate beta-lyase. The beta-lyase reaction products are pyruvate, ammonium and a sulfhydryl-containing fragment. We show here that recombinant human GTK (rhGTK) also exhibits broad specificity both as an aminotransferase and as a cysteine S-conjugate beta-lyase. S-(1,1,2,2-Tetrafluoroethyl)-L-CySteine is an excellent aminotransferase and beta-lyase substrate of rhGTK. Moderate aminotransferase and beta-lyase activities occur with the chemopreventive agent Se-methyl-L-selenocysteine. L-3-(2-Naphthyl)alanine, L-3-(1-naphthyl)alanine, 5-S-L-cysteinyldopamine and 5-S-L-cysteinyl-L-DOPA are measurable aminotransferase substrates, indicating that the active site can accommodate large aromatic amino acids. The alpha-keto acids generated by transamination/L-amino acid oxidase activity of the two catechol cysteine S-conjugates are unstable. A slow rhGTK-catalyzed beta-elimination reaction, as measured by pyruvate formation, was demonstrated with 5-S-L-CysteinyIdopamine, but not with 5-S-L-CySteinyl-L-DOPA. The importance of transamination, oxidation and beta-elimination reactions involving 5-S-L-cysteinyldopamine, 5-S-L-cysteinyt-L-DOPA and Se-methyl-L-selenocysteirte in human tissues and their biological relevance are discussed. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Absorption and metabolism of olive oil secoiridoids in the small intestine

The secoiridoids 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid (3,4-DHPEA-EA) and 3,4-dihydroxyphenylethanol-elenolic acid dialdehyde (3,4-DHPEA-EDA) account for approximately 55 % of the phenolic content of olive oil and may be partly responsible for its reported human health benefits. We have investigated the absorption and metabolism of these secoiridoids in the upper gastrointestinal tract. Both 3,4-DHPEA-EDA and 3,4-DHPEA-EA were relatively stable under gastric conditions, only undergoing limited hydrolysis. Both secoiridoids were transferred across a human cellular model of the small intestine (Caco-2 cells). However, no glucuronide conjugation was observed for either secoiridoid during transfer, although some hydroxytyrosol and homovanillic alcohol were formed. As Caco-2 cells are known to express only limited metabolic activity, we also investigated the absorption and metabolism of secoiridoids in isolated, perfused segments of the jejunum and ileum. Here, both secoiridoids underwent extensive metabolism, most notably a two-electron reduction and glucuronidation during the transfer across both the ileum and jejunum. Unlike Caco-2 cells, the intact small-intestinal segments contain NADPH-dependent aldo-keto reductases, which reduce the aldehyde carbonyl group of 3,4-DHPEA-EA and one of the two aldeydic carbonyl groups present on 3,4-DHPEA-EDA. These reduced forms are then glucuronidated and represent the major in vivo small-intestinal metabolites of the secoiridoids. In agreement with the cell studies, perfusion of the jejunum and ileum also yielded hydroxytyrosol and homovanillic alcohol and their respective glucuronides. We suggest that the reduced and glucuronidated forms represent novel physiological metabolites of the secoiridoids that should be pursued in vivo and investigated for their biological activity.

Regulation of mitogen-activated protein kinase cascades in the heart.

Using primary cultures of neonatal rat ventricular myocytes and isolated adult rat hearts as models, we have characterized extensively the regulation of MAPKs in the heart. The ERKs are activated primarily by GPCR agonists acting through PKC. These agonists can also activate the JNKs although the mechanism is unclear. Cellular stresses stimulate strong activation of the JNKs, but also cause some stimulation of ERKs. Activation of p38-MAPK has so far only been demonstrated in intact adult hearts subjected to stresses and probably leads to activation of MAPKAPK2. Both cellular stresses and GPCR agonists induce phosphorylation of c-Jun, but only the latter causes upregulation of c-Jun protein.

Small guanine nucleotide-binding proteins and myocardial hypertrophy.

The small (21 kDa) guanine nucleotide-binding protein (small G protein) superfamily comprises 5 subfamilies (Ras, Rho, ADP ribosylation factors [ARFs], Rab, and Ran) that act as molecular switches to regulate numerous cellular responses. Cardiac myocyte hypertrophy is associated with cell growth and changes in the cytoskeleton and myofibrillar apparatus. In other cells, the Ras subfamily regulates cell growth whereas the Rho subfamily (RhoA, Rac1, and Cdc42) regulates cell morphology. Thus, the involvement of small G proteins in hypertrophy has become an area of significant interest. Hearts from transgenic mice expressing activated Ras develop features consistent with hypertrophy, whereas mice overexpressing RhoA develop lethal heart failure. In isolated neonatal rat cardiac myocytes, transfection or infection with activated Ras, RhoA, or Rac1 induces many of the features of hypertrophy. We discuss the mechanisms of activation of the small G proteins and the downstream signaling pathways involved. The latter may include protein kinases, particularly the mitogen-activated or Rho-activated protein kinases. We conclude that although there is significant evidence implicating Ras, RhoA, and Rac1 in hypertrophy, the mechanisms are not fully understood.

The plasmodium receptor for activated C kinase protein inhibits Ca(2+) signaling in mammalian cells

Plasmodium falciparum, the most lethal malarial parasite, expresses an ortholog for the protein kinase C (PKC) activator RACK1. However, PKC has not been identified in this parasite, and the mammalian RACK1 can interact with the inositol 1,4,5-trisphosphate receptor (InsP3R). Therefore we investigated whether the Plasmodium ortholog PfRACK also can affect InsP3R-mediated Ca(2+) signaling in mammalian cells. GFP-tagged PfRACK and endogenous RACK1 were expressed in a similar distribution within cells. PfRACK inhibited agonist-induced Ca(2+) signals in cells expressing each isoform of the InsP3R, and this effect persisted when expression of endogenous RACK1 was reduced by siRNA. PfRACK also inhibited Ca(2+) signals induced by photorelease of caged InsP3. These findings provide evidence that PfRACK directly inhibits InsP3-mediated Ca(2+) signaling in mammalian cells. Interference with host cell signaling pathways to subvert the host intracellular milieu may be an important mechanism for parasite survival. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.