Effects of dietary supplementation of rumen-protected conjugated linoleic acid to grazing cows in early lactation

Conjugated linoleic acids (CLA) are potent anticarcinogens in animal and in vitro models as well as inhibitors of fatty acid synthesis in mammary gland, liver, and adipose tissue. Our objective was to evaluate long-term CLA supplementation of lactating dairy cows in tropical pasture on milk production and composition and residual effects posttreatment. Thirty crossbred cows grazing stargrass (Cynodon nlemfuensis Vanderyst var. nlemfuensis) were blocked by parity and received 150 g/d of a dietary fat supplement of either Ca-salts of palm oil fatty acids (control) or a mixture of Ca-salts of CLA (CLA treatment). Supplements of fatty acids were mixed with 4 kg/d of concentrate. Grazing plus supplements were estimated to provide 115% of the estimated metabolizable protein requirements from 28 to 84 d in milk (treatment period). The CLA supplement provided 15 g/d of cis-9, trans-11 and 22 g of cis-10, trans-12. Residual effects were evaluated from 85 to 112 d in milk (residual period) when cows were fed an 18% crude protein concentrate without added fat. The CLA treatment increased milk production but reduced milk fat concentration from 2.90 to 2.14% and fat production from 437 to 348 g/d. Milk protein concentration increased by 11.5% (2.79 to 3.11%) and production by 19% (422 to 504 g/d) in the cows fed CLA. The CLA treatment decreased milk energy concentration and increased milk volume, resulting in unchanged energy output. Milk production and protein concentration and production were also greater during the residual period for the CLA-treated cows. The CLA treatment reduced production of fatty acids (FA) of all chain lengths, but the larger effect was on short-chain FA, causing a shift toward a greater content of longer chain FA. The CLA treatment increased total milk CLA content by 30% and content of the trans-10, cis-12 CLA isomer by 88%. The CLA treatment tended to decrease the number of days open, suggesting a possible effect on reproduction. Under tropical grazing conditions, in a nutritionally challenging environment, CLA-treated cows decreased milk fat content and secreted the same amount of milk energy by increasing milk volume and milk protein production.

Purification and characterization of Ts15, the first member of a new alpha-KTX subfamily from the venom of the Brazilian scorpion Tityus serrulatus

Voltage-gated potassium channel toxins (KTxs) are basic short chain peptides comprising 23-43 amino acid residues that can be cross-linked by 3 or 4 disulfide bridges. KTxs are classified into four large families: alpha-, beta-, gamma- and kappa-KTx. These peptides display varying selectivity and affinity for K(v) channel subtypes. In this work, a novel toxin from the Tityus serrulatus venom was isolated, characterized and submitted to a wide electrophysiological screening on 5 different subtypes of Nay channels (Na(V)1.4; Na(V)1.5; Na(V)1.6; Na(V)1.8 and DmNa(V)1) and 12 different subtypes of Kv channels (K(V)1.1 - K(V)1.6; K(V)2.1; K(V)3.1; K(V)4.2; K(V)4.3; Shaker IR and ERG). This novel peptide, named Ts15, has 36 amino acids, is crosslinked by 3 disulfide bridges, has a molecular mass of 3956 Da and pI around 9. Electrophysiological experiments using patch clamp and the two-electrode voltage clamp techniques show that Ts15 preferentially blocks K(V)1.2 and K(V)1.3 channels with an IC(50) value of 196 +/- 25 and 508 +/- 67 nM, respectively. No effect on Na(V) channels was observed, at all tested concentrations. Since Ts15 shows low amino acid identity with other known KTxs, it was considered a bona fide novel type of scorpion toxin. Ts15 is the unique member of the new alpha-Ktx21 subfamily and therefore was classified as alpha-Ktx21.1. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Production of polyhydroxyalkanoates from oil-containing substrates

Different oil-containing substrates, namely, used cooking oil (UCO), fatty acids-byproduct from biodiesel production (FAB) and olive oil deodorizer distillate (OODD) were tested as inexpensive carbon sources for the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) using twelve bacterial strains, in batch experiments. The OODD and FAB were exploited for the first time as alternative substrates for PHA production. Among the tested bacterial strains, Cupriavidus necator and Pseudomonas resinovorans exhibited the most promising results, producing poly-3-hydroxybutyrate, P(3HB), form UCO and OODD and mcl-PHA mainly composed of 3-hydroxyoctanoate (3HO) and 3-hydroxydecanoate (3HD) monomers from OODD, respectively. Afterwards, these bacterial strains were cultivated in bioreactor. C. necator were cultivated in bioreactor using UCO as carbon source. Different feeding strategies were tested for the bioreactor cultivation of C. necator, namely, batch, exponential feeding and DO-stat mode. The highest overall PHA productivity (12.6±0.78 g L-1 day-1) was obtained using DO-stat mode. Apparently, the different feeding regimes had no impact on polymer thermal properties. However, differences in polymer‟s molecular mass distribution were observed. C. necator was also tested in batch and fed-batch modes using a different type of oil-containing substrate, extracted from spent coffee grounds (SCG) by super critical carbon dioxide (sc-CO2). Under fed-batch mode (DO-stat), the overall PHA productivity were 4.7 g L-1 day-1 with a storage yield of 0.77 g g-1. Results showed that SCG can be a bioresource for production of PHA with interesting properties. Furthermore, P. resinovorans was cultivated using OODD as substrate in bioreactor under fed-batch mode (pulse feeding regime). The polymer was highly amorphous, as shown by its low crystallinity of 6±0.2%, with low melting and glass transition temperatures of 36±1.2 and -16±0.8 ºC, respectively. Due to its sticky behavior at room temperature, adhesiveness and mechanical properties were also studied. Its shear bond strength for wood (67±9.4 kPa) and glass (65±7.3 kPa) suggests it may be used for the development of biobased glues. Bioreactor operation and monitoring with oil-containing substrates is very challenging, since this substrate is water immiscible. Thus, near-infrared spectroscopy (NIR) was implemented for online monitoring of the C. necator cultivation with UCO, using a transflectance probe. Partial least squares (PLS) regression was applied to relate NIR spectra with biomass, UCO and PHA concentrations in the broth. The NIR predictions were compared with values obtained by offline reference methods. Prediction errors to these parameters were 1.18 g L-1, 2.37 g L-1 and 1.58 g L-1 for biomass, UCO and PHA, respectively, which indicates the suitability of the NIR spectroscopy method for online monitoring and as a method to assist bioreactor control. UCO and OODD are low cost substrates with potential to be used in PHA batch and fed-batch production. The use of NIR in this bioprocess also opened an opportunity for optimization and control of PHA production process.

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

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

L'effet protecteur des protéines alimentaires et l'effet délétère des acides animés alimentaires sur la stéatose hépatique chez la souris [The protective effect of dietary protein and the deleterious effect of dietary amino acids in fatty liver in mice]

Introduction La maladie « Non-Alcoholic Fatty Liver Disease ; NAFLD » et l'obésité provoque la résistance à l'insuline, un symptôme caractéristique du syndrome métabolique. La fréquence de ces maladies a augmenté de manière importante durant ces dernières décennies. Cette augmentation est étroitement liée à la surcharge énergétique dans notre culture modernisée. Pour combattre cette situation, des régimes riches en protéines semblent être bénéfiques, en particulier parce que l'acide aminé leucine stimule la satiété. Cependant l'effet des protéines alimentaires sur la stéatose hépatique reste peu connu. Résultats : Pour étudier cette question, nous avons nourri des souris C57B6/J (âgées de 5 semaines) avec un régime standard (10% kcal graisse, 20% kcal protéine), un régime riche en graisse (45% kcal graisse, 20% kcal protéine) ou un régime riche en graisse et enrichi en protéines (45% kcal graisse, 40% kcal protéine) pendant 10 semaines. Nous avons ainsi montré que l'addition de protéines au régime gras permet de prévenir la stéatose hépatique. Dans un deuxième temps nous avons testé si cet effet bénéfique des protéines alimentaires provient des acides aminés ramifiés (Branched-chain amino acids= BCAA : leucine, isoleucine, valine), composants majeurs de protéines alimentaires. Pour ce faire, nous avons ajouté un groupe de souris nourries au régime riche en graisses + BCAA (45% kcal graisse, 23% kcal protéine). Nos résultats montrent que l'addition des BCAA ne protège pas contre la stéatose hépatique, mais, au contraire, aggrave l'obésité et l'hyperinsulinémie. De manière intéressante, nous avons observé que la supplémentation en protéines ou en BCAA induit des effets différents sur la prise alimentaire et la dépense énergétique. Conclusion : Notre étude suggère clairement que les protéines alimentaires protègent contre l'obésité et la stéatose hépatique. Elle confirme également que les composants majeurs des protéines alimentaires (BCAA) n'exercent pas cet effet protecteur, mais qu'il aggrave le syndrome métabolique. Etant donné que l'ingestion importante et chronique de protéines alimentaires est délétère pour le rein, il serait très intéressant d'identifier les acides aminés spécifiques qui induiraient le même effet protecteur que les protéines alimentaires, mais sans perturber le fonctionnement rénal.

Futile cycling of intermediates of fatty acid biosynthesis toward peroxisomal beta-oxidation in Saccharomyces cerevisiae.

The flux of fatty acids toward beta-oxidation was analyzed in Saccharomyces cerevisiae by monitoring polyhydroxyalkanoate synthesis in the peroxisome from the polymerization, by a bacterial polyhydroxyalkanoate synthase, of the beta-oxidation intermediates 3-hydroxyacyl-CoAs. Synthesis of polyhydroxyalkanoate was dependent on the beta-oxidation enzymes acyl-CoA oxidase and enoyl-CoA hydratase/3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase multifunctional protein, which are involved in generating 3-hydroxyacyl-CoAs, and on the peroxin PEX5, which is involved in the import of proteins into the peroxisome. In wild type cells grown in media containing fatty acids, the polyhydroxyalkanoate monomer composition was largely influenced by the nature of the external fatty acid, such that even-chain monomers are generated from oleic acid and odd-chain monomers are generated from heptadecenoic acid. In contrast, polyhydroxyalkanoate containing predominantly 3-hydroxyoctanoate, 3-hydroxydecanoate, and 3-hydroxydodecanoate was synthesized in a mutant deficient in the peroxisomal 3-ketothiolase (fox3 Delta 0) growing either on oleic acid or heptadecenoic acid as well as in wild type and fox3 Delta 0 mutants grown on glucose or raffinose, indicating that 3-hydroxyacyl-CoAs used for polyhydroxyalkanoate synthesis were generated from the degradation of intracellular short- and medium-chain fatty acids by the beta-oxidation cycle. Inhibition of fatty acid biosynthesis with cerulenin blocked the synthesis of polyhydroxyalkanoate from intracellular fatty acids but still enabled the use of extracellular fatty acids for polymer production. Mutants affected in the synthesis of lipoic acid showed normal polyhydroxyalkanoate synthesis capacity. Together, these results uncovered the existence of a substantial futile cycle whereby short- and medium-chain intermediates of the cytoplasmic fatty acid biosynthetic pathway are directed toward the peroxisomal beta-oxidation pathway.

The influence of bacterial activity on phosphorite formation in the Miocene Monterey Formation, California

Authigenic phosphorites from the Miocene Monterey Formation (California) including an autochthonous phosphatic laminite were analyzed for molecular biomarkers, element content, and sulfur isotopic composition of associated pyrite and sulfate to evaluate the role of bacterial activity in the precipitation of phosphate minerals. The phosphorites formed in a depositional environment typified by upwelling with dynamic bottom currents and hardground formation. Pyrite enclosed in the phosphorites shows delta S-34 values as low as -36.5 parts per thousand VCDT, which is consistent with bacterial sulfate reduction. In a three-step extraction phosphorite dissolution extraction procedure, molecular fossils of sulfate-reducing bacteria (di-O-alkyl glycerol ethers and short-chain branched fatty acids i- and ai-C-15:0, i- and ai-C-17:0, and 10MeC(16:0)) were preferentially released from the mineral lattice. This suggests that the molecular fossils were tightly bound to carbonate fluorapatite, indicating that sulfate-reducing bacteria were involved in mineral formation. A close association of sulfate-reducing bacteria with large sulfide-oxidizing bacteria, which was previously suggested to favor carbonate fluorapatite precipitation, could neither be confirmed nor excluded for the Miocene Monterey Formation phosphorites. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Modification of the monomer composition of polyhydroxyalkanoate synthesized in Saccharomyces cerevisiae expressing variants of the beta-oxidation-associated multifunctional enzyme.

Expression by Saccharomyces cerevisiae of a polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase modified at the carboxy end by the addition of a peroxisome targeting signal derived from the last 34 amino acids of the Brassica napus isocitrate lyase (ICL) and containing the terminal tripeptide Ser-Arg-Met resulted in the synthesis of PHA. The ability of the terminal peptide Ser-Arg-Met and of the 34-amino-acid peptide from the B. napus ICL to target foreign proteins to the peroxisome of S. cerevisiae was demonstrated with green fluorescent protein fusions. PHA synthesis was found to be dependent on the presence of both the enzymes generating the beta-oxidation intermediate 3-hydroxyacyl-coenzyme A (3-hydroxyacyl-[CoA]) and the peroxin-encoding PEX5 gene, demonstrating the requirement for a functional peroxisome and a beta-oxidation cycle for PHA synthesis. Using a variant of the S. cerevisiae beta-oxidation multifunctional enzyme with a mutation inactivating the B domain of the R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, it was possible to modify the PHA monomer composition through an increase in the proportion of the short-chain monomers of five and six carbons.

Milk yield and reproductive performance of dairy heifers and cows supplemented with polyunsaturated fatty acids

The objective of this work was to determine productive and fertility responses of Holstein-Friesian heifers and cows to supplementation with extruded linseed and soybean as sources of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Supplementation had a positive effect on profitability, with significant increases in milk yield in supplemented cows, but not in heifers. Treatments had no effect on milk fat content, but higher milk protein contents were observed with supplementation. A higher conception rate was found for supplemented heifers, but not for cows. Fat sources containing PUFAs are recommended for dairy cattle supplementation, since they improve fertility in heifers and milk yield in cows.

Frog meat microbiota (Lithobates catesbeianus) used in infant food

Captive breeding of bullfrog (Lithobates catesbeianus) is of great economic potential, mainly for its thighs and leather. The nutritional quality of frog meat includes properly balanced amino acids with a protein profile of high biological value, low fat and low cholesterol, and high digestibility due to its short chain molecule structure. It is recommended by doctors and nutritionists, especially for protein restricted children or malnourished children. Aiming to aggregate value to the segment and offer a product with nutritional properties that meet the need of children aged six months and above, a meat product based on the composition of frog meat was developed experimentally. To ensure raw material quality after bleaching and deboning, the microbiota present in the frog meat was determined. The analyses were performed according to Brazilian laws. It was observed that the resident and transient microbiota met the standards set by regulations. The results found were: mesophyll 4.5 x 10(4) CFU/g; Staphylococcus coagulase positive 2.0 x 10² CFU/g; negative for Salmonella sp. and Aeromonas spp. The findings indicate that the raw material showed satisfactory sanitation even in terms of family industry.

Étude dans la cellule bêta pancréatique de voies inhibitrices de la sécrétion d'insuline liées au métabolisme des lipides

Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique complexe causée par des facteurs génétiques mais aussi environnementaux, tels la sédentarité et le surpoids. La dysfonction de la cellule β pancréatique est maintenant reconnue comme l’élément déterminant dans le développement du DT2. Notre laboratoire s’intéresse à la sécrétion d’insuline par la cellule β en réponse aux nutriments calorigéniques et aux mécanismes qui la contrôle. Alors que la connaissance des mécanismes responsables de l’induction de la sécrétion d’insuline en réponse aux glucose et acides gras est assez avancée, les procédés d’inhibition de la sécrétion dans des contextes normaux ou pathologiques sont moins bien compris. L’objectif de la présente thèse était d’identifier quelques-uns de ces mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique, et ce en situation normale ou pathologique en lien avec le DT2. La première hypothèse testée était que l’enzyme mitochondriale hydroxyacyl-CoA déshydrogénase spécifique pour les molécules à chaîne courte (short-chain hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, SCHAD) régule la sécrétion d’insuline induite par le glucose (SIIG) par la modulation des concentrations d’acides gras ou leur dérivés tels les acyl-CoA ou acyl-carnitine dans la cellule β. Pour ce faire, nous avons utilisé la technologie des ARN interférants (ARNi) afin de diminuer l’expression de SCHAD dans la lignée cellulaire β pancréatique INS832/13. Nous avons par la suite vérifié chez la souris DIO (diet-induced obesity) si une exposition prolongée à une diète riche en gras activerait certaines voies métaboliques et signalétiques assurant une régulation négative de la sécrétion d’insuline et contribuerait au développement du DT2. Pour ce faire, nous avons mesuré la SIIG, le métabolisme intracellulaire des lipides, la fonction mitochondriale et l’activation de certaines voies signalétiques dans les îlots de Langerhans isolés des souris normales (ND, normal diet) ou nourries à la dière riche en gras (DIO) Nos résultats suggèrent que l’enzyme SCHAD est importante dans l’atténuation de la sécrétion d’insuline induite par le glucose et les acides aminés. En effet, l’oxydation des acides gras par la protéine SCHAD préviendrait l’accumulation d’acyl-CoA ou de leurs dérivés carnitine à chaîne courtes potentialisatrices de la sécrétion d’insuline. De plus, SCHAD régule le métabolisme du glutamate par l’inhibition allostérique de l’enzyme glutamate déshydrogénase (GDH), prévenant ainsi une hyperinsulinémie causée par une sur-activité de GDH. L’étude de la dysfonction de la cellule β dans le modèle de souris DIO a démontré qu’il existe une grande hétérogénéité dans l’obésité et l’hyperglycémie développées suite à la diète riche en gras. L’orginialité de notre étude réside dans la stratification des souris DIO en deux groupes : les faibles et forts répondants à la diète (low diet responders (LDR) et high diet responder (HDR)) sur la base de leur gain de poids corporel. Nous avons mis en lumières divers mécanismes liés au métabolisme des acides gras impliqués dans la diminution de la SIIG. Une diminution du flux à travers le cycle TG/FFA accompagnée d’une augmentation de l’oxydation des acides gras et d’une accumulation intracellulaire de cholestérol contribuent à la diminution de la SIIG chez les souris DIO-HDR. De plus, l’altération de la signalisation par les voies AMPK (AMP-activated protein kinase) et PKC epsilon (protéine kinase C epsilon) pourrait expliquer certaines de ces modifications du métabolisme des îlots DIO et causer le défaut de sécrétion d’insuline. En résumé, nous avons mis en lumière des mécanismes importants pour la régulation négative de la sécrétion d’insuline dans la cellule β pancréatique saine ou en situation pathologique. Ces mécanismes pourraient permettre d’une part de limiter l’amplitude ou la durée de la sécrétion d’insuline suite à un repas chez la cellule saine, et d’autre part de préserver la fonction de la cellule β en retardant l’épuisement de celle-ci en situation pathologique. Certaines de ces voies peuvent expliquer l’altération de la sécrétion d’insuline dans le cadre du DT2 lié à l’obésité. À la lumière de nos recherches, le développement de thérapies ayant pour cible les mécanismes de régulation négative de la sécrétion d’insuline pourrait être bénéfique pour le traitement de patients diabétiques.

New insights into the substrate specificities of microbial transglutaminase: a biocatalytic perspective

La transglutaminase microbienne (Microbial transglutaminase : MTG) est fortement exploitée dans l’industrie textile et alimentaire afin de modifier l’apparence et la texture de divers produits. Elle catalyse la formation de liaisons iso-peptidiques entre des protéines par l’entremise d’une réaction de transfert d’acyle entre le groupement γ-carboxamide d’une glutamine provenant d’un substrat donneur d’acyle, et le groupement ε-amino d’une lysine provenant d’un substrat accepteur d’acyle. La MTG est tolérante à un large éventail de conditions réactionnelles, ce qui rend propice le développement de cette enzyme en tant que biocatalyseur. Ayant pour but le développement de la MTG en tant qu’alternative plus soutenable à la synthèse d’amides, nous avons étudié la réactivité d’une gamme de substrats donneurs et accepteurs non-naturels. Des composés chimiquement diversifiés, de faible masse moléculaire, ont été testés en tant que substrats accepteurs alternatifs. Il fut démontré que la MTG accepte une large gamme de composés à cet effet. Nous avons démontré, pour la première fois, que des acides aminés non-ramifiés et courts, tels la glycine, peuvent servir de substrat accepteur. Les α-acides aminés estérifiés Thr, Ser, Cys et Trp, mais pas Ile, sont également réactifs. En étendant la recherche à des composés non-naturels, il fut observé qu’un cycle aromatique est bénéfique pour la réactivité, bien que les substituants réduisent l’activité. Fait notable, des amines de faible masse moléculaire, portant les groupements de forte densité électronique azidure ou alcyne, sont très réactives. La MTG catalyse donc efficacement la modification de peptides qui pourront ensuite être modifiés ou marqués par la chimie ‘click’. Ainsi, la MTG accepte une variété de substrats accepteurs naturels et non-naturels, élargissant la portée de modification des peptides contenant la glutamine. Afin de sonder le potentiel biocatalytique de la MTG par rapport aux substrats donneurs, des analogues plus petits du peptide modèle Z-Gln-Gly furent testés; aucun n’a réagi. Nous avons toutefois démontré, pour la première fois, la faible réactivité d’esters en tant que substrats donneurs de la MTG. L’éventuelle amélioration de cette réactivité permettrait de faire de la MTG un biocatalyseur plus général pour la synthèse d’amides. Mots clés: Lien amide, biocatalyse, biotransformation, transglutaminase, arrimage moléculaire, criblage de substrats, ingénierie de substrats.

Physiopathologie des maladies métaboliques héréditaires des acyls-Coenzyme A révélée par l’étude d’un modèle animal déficient en 3-hydroxy-3-méthylglutaryl-Coenzyme A lyase

La plupart des conditions détectées par le dépistage néonatal sont reliées à l'une des enzymes qui dégradent les acyls-CoA mitochondriaux. Le rôle physiopathologique des acyls-CoA dans ces maladies est peu connue, en partie parce que les esters liés au CoA sont intracellulaires et les échantillons tissulaires de patients humains ne sont généralement pas disponibles. Nous avons créé une modèle animal murin de l'une de ces maladies, la déficience en 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA lyase (HL), dans le foie (souris HLLKO). HL est la dernière enzyme de la cétogenèse et de la dégradation de la leucine. Une déficience chronique en HL et les crises métaboliques aigües, produisent chacune un portrait anormal et distinct d'acyls-CoA hépatiques. Ces profils ne sont pas prévisibles à partir des niveaux d'acides organiques urinaires et d'acylcarnitines plasmatiques. La cétogenèse est indétectable dans les hépatocytes HLLKO. Dans les mitochondries HLLKO isolées, le dégagement de 14CO2 à partir du [2-14C]pyruvate a diminué en présence de 2-ketoisocaproate (KIC), un métabolite de la leucine. Au test de tolérance au pyruvate, une mesure de la gluconéogenèse, les souris HLLKO ne présentent pas la réponse hyperglycémique normale. L'hyperammoniémie et l'hypoglycémie, des signes classiques de plusieurs erreurs innées du métabolisme (EIM) des acyls-CoA, surviennent de façon spontanée chez des souris HLLKO et sont inductibles par l'administration de KIC. Une charge en KIC augmente le niveau d'acyls-CoA reliés à la leucine et diminue le niveau d'acétyl-CoA. Les mitochondries des hépatocytes des souris HLLKO traitées avec KIC présentent un gonflement marqué. L'hyperammoniémie des souris HLLKO répond au traitement par l'acide N-carbamyl-L-glutamique. Ce composé permet de contourner une enzyme acétyl-CoA-dépendante essentielle pour l’uréogenèse, le N-acétylglutamate synthase. Ceci démontre un mécanisme d’hyperammoniémie lié aux acyls-CoA. Dans une deuxième EIM des acyls-CoA, la souris SCADD, déficiente en déshydrogénase des acyls-CoA à chaînes courtes. Le profil des acyls-CoA hépatiques montre un niveau élevé du butyryl-CoA particulièrement après un jeûne et après une charge en triglycérides à chaîne moyenne précurseurs du butyryl-CoA.

Characterization of Lipid Droplets and Functional Analysis of Lipid Droplet-Associated Proteins in Dictyostelium discoideum

Lipid droplets (LDs) are the universal storage form of fat as a reservoir of metabolic energy in animals, plants, bacteria and single celled eukaryotes. Dictyostelium LD formation was investigated in response to the addition of different nutrients to the growth medium. LDs were induced by adding exogenous cholesterol, palmitic acid (PA) as well as growth in bacterial suspension, while glucose addition fails to form LDs. Among these nutrients, PA addition is most effective to stimulate LD formation, and depletion of PA from the medium caused LD degradation. The neutral lipids incorporated into the LD-core are composed of triacylglycerol (TAG), steryl esters, and an unknown neutral lipid (UKL) species when the cells were loaded simultaneously with cholesterol and PA. In order to avoid the contamination with other cellular organelles, the LD-purification method was modified. The isolated LD fraction was analysed by mass spectrometry and 100 proteins were identified. Nineteen of these appear to be directly involved in lipid metabolism or function in regulating LD morphology. Together with a previous study, a total of 13 proteins from the LD-proteome were confirmed to localize to LDs after the induction with PA. Among the identified LD-proteins, the localization of Ldp (lipid droplet membrane protein), GPAT3 (glycerol-3-phosphate acyltransferase 3) and AGPAT3 (1-acylglycerol-3-phosphate-acyltransferase 3) were further verified by GFP-tagging at the N-termini or C-termini of the respective proteins. Fluorescence microscopy demonstrated that PA-treatment stimulated the translocation of the three proteins from the ER to LDs. In order to clarify DGAT (diacylglycerol acyltransferase) function in Dictyostelium, the localization of DGAT1, that is not present in LD-proteome, was also investigated. GFP-tagged DGAT1 localized to the ER both, in the presence and absence of PA, which is different from the previously observed localization of GFP-tagged DGAT2, which almost exclusively binds to LDs. The investigation of the cellular neutral lipid level helps to elucidate the mechanism responsible for LD-formation in Dictyostelium cells. Ldp and two short-chain dehydrogenases, ADH (alcohol dehydrogenase) and Ali (ADH-like protein), are not involved in neutral lipid biosynthesis. GPAT, AGPAT and DGAT are three transferases responsible for the three acylation steps of de novo TAG synthesis. Knock-out (KO) of AGPAT3 and DGAT2 did not affect storage-fat formation significantly, whereas cells lacking GPAT3 or DGAT1 decreased TAG and LD accumulation dramatically. Furthermore, DGAT1 is responsible for the accumulation of the unknown lipid UKL. Overexpression of DGAT2 can rescue the reduced TAG content of the DGAT1-KO mutant, but fails to restore UKL content in these cells, indicating that of DGAT1 and DGAT2 have overlapping functions in TAG synthesis, but the role in UKL formation is unique to DGAT1. Both GPAT3 and DGAT1 affect phagocytic activity. Mutation of GPAT3 increases it but a DGAT1-KO decreases phagocytosis. The double knockout of DGAT1 and 2 also impairs the ability to grow on a bacterial lawn, which again can be rescued by overexpression of DGAT2. These and other results are incorporated into a new model, which proposes that up-regulation of phagocytosis serves to replenish precursor molecules of membrane lipid synthesis, whereas phagocytosis is down-regulated when excess fatty acids are used for storage-fat formation.