Dysregulation of hydrogen sulfide producing enzyme cystathionine γ-lyase contributes to maternal hypertension and placental abnormalities in preeclampsia

Background—The exact etiology of preeclampsia is unknown, but there is growing evidence of an imbalance in angiogenic growth factors and abnormal placentation. Hydrogen sulfide (H2S), a gaseous messenger produced mainly by cystathionine ?-lyase (CSE), is a proangiogenic vasodilator. We hypothesized that a reduction in CSE activity may alter the angiogenic balance in pregnancy and induce abnormal placentation and maternal hypertension. Methods and Results—Plasma levels of H2S were significantly decreased in women with preeclampsia (P<0.01), which was associated with reduced placental CSE expression as determined by real-time polymerase chain reaction and immunohistochemistry. Inhibition of CSE activity by DL-propargylglycine reduced placental growth factorproduction from first-trimester (8–12 weeks gestation) human placental explants and inhibited trophoblast invasion in vitro. Knockdown of CSE in human umbilical vein endothelial cells by small-interfering RNA increased the release of soluble fms-like tyrosine kinase-1 and soluble endoglin, as assessed by enzyme-linked immunosorbent assay, whereas adenoviral-mediated CSE overexpression in human umbilical vein endothelial cells inhibited their release. Administration of DL-propargylglycine to pregnant mice induced hypertension and liver damage, promoted abnormal labyrinth vascularization in the placenta, and decreased fetal growth. Finally, a slow-releasing H2S-generating compound, GYY4137, inhibited circulating soluble fms-like tyrosine kinase-1 and soluble endoglin levels and restored fetal growth in mice that was compromised by DL-propargylglycine treatment, demonstrating that the effect of CSE inhibitor was attributable to inhibition of H2S production. Conclusions—These results imply that endogenous H2S is required for healthy placental vasculature and that a decrease in CSE/H2S activity may contribute to the pathogenesis of preeclampsia. (Circulation. 2013;127:2514-2522.)

Dysregulation of hydrogen sulfide producing enzyme cystathionine γ-lyase contributes to maternal hypertension and placental abnormalities in preeclampsia

Background-The exact etiology of preeclampsia is unknown, but there is growing evidence of an imbalance in angiogenic growth factors and abnormal placentation. Hydrogen sulfide (H2S), a gaseous messenger produced mainly by cystathionine γ-lyase (CSE), is a proangiogenic vasodilator. We hypothesized that a reduction in CSE activity may alter the angiogenic balance in pregnancy and induce abnormal placentation and maternal hypertension. Methods and Results-Plasma levels of H2S were significantly decreased in women with preeclampsia (P<0.01), which was associated with reduced placental CSE expression as determined by real-time polymerase chain reaction and immunohistochemistry. Inhibition of CSE activity by DL-propargylglycine reduced placental growth factorproduction from first-trimester (8-12 weeks gestation) human placental explants and inhibited trophoblast invasion in vitro. Knockdown of CSE in human umbilical vein endothelial cells by small-interfering RNA increased the release of soluble fms-like tyrosine kinase-1 and soluble endoglin, as assessed by enzyme-linked immunosorbent assay, whereas adenoviral-mediated CSE overexpression in human umbilical vein endothelial cells inhibited their release. Administration of DL-propargylglycine to pregnant mice induced hypertension and liver damage, promoted abnormal labyrinth vascularization in the placenta, and decreased fetal growth. Finally, a slow-releasing H2S-generating compound, GYY4137, inhibited circulating soluble fms-like tyrosine kinase-1 and soluble endoglin levels and restored fetal growth in mice that was compromised by DL-propargylglycine treatment, demonstrating that the effect of CSE inhibitor was attributable to inhibition of H2S production. Conclusions-These results imply that endogenous H2S is required for healthy placental vasculature and that a decrease in CSE/H2S activity may contribute to the pathogenesis of preeclampsia. © 2013 American Heart Association, Inc.

Photodeposition as a facile route to tunable Pt photocatalysts for hydrogen production:on the role of methanol

Photodeposition of H2PtCl6 in the presence of methanol promotes the formation of highly dispersed, metallic Pt nanoparticles over titania, likely via capture of photogenerated holes by the alcohol to produce an excess of surface electrons for substrate-mediated transfer to Pt complexes, resulting in a high density of surface nucleation sites for Pt reduction. Photocatalytic hydrogen production from water is proportional to the surface density of Pt metal co-catalyst, and hence photodeposition in the presence of high methanol concentrations affords a facile route to optimising photocatalyst design and highlights the importance of tuning co-catalyst properties in photocatalysis.

Can hydrogen sulfide prevent preeclampsia and fetal growth restriction?

The exact aetiology of preeclampsia is unknown, but there is a good association with an imbalance in angiogenic growth factors and abnormal placentation [1]. Hydrogen sulphide (H2S), a gaseous messenger produced mainly by cystathionine γ-lyase (CSE), is pro-angiogenic vasodilator [2] and [3]. We hypothesized that a reduction in CSE activity may alter the angiogenic balance in pregnancy and induce abnormal placentation and maternal hypertension. Plasma levels of H2S were significantly decreased in preeclamptic women (p < 0.01), which was associated with reduced CSE message and protein expression in human placenta as determined by real-time PCR and immunohistochemistry. Inhibition of CSE activity by DL-propargylglycine (PAG) in first trimester (8–12 weeks gestation) human placental explants had reduced placenta growth factor (PlGF) production as assessed by ELISA and inhibited trophoblast invasion in vitro. Endothelial CSE knockdown by siRNA transfection increased the endogenous release of soluble fms-Like tyrosine kinase-1 (sFlt-1) and soluble endoglin, (sEng) from human umbilical vein endothelial cells while adenoviral-mediated CSE overexpression inhibited their release. Administration of PAG to pregnant mice induced hypertension, liver damage, and promoted abnormal labyrinth vascularisation in the placenta and decreased fetal growth. Finally, a slow releasing, H2S-generating compound, GYY4137, inhibited circulating sFlt-1 and sEng levels and restored fetal growth that was compromised by PAG-treatment demonstrating that the effect of CSE inhibitor was due to inhibition of H2S production. These results imply that endogenous H2S is required for healthy placental vasculature and a decrease in of CSE/H2S activity may contribute to the pathogenesis of preeclampsia. References [1] S. Ahmad, A. Ahmed, Elevated placental soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 inhibits angiogenesis in preeclampsia, Circ Res., 95 (2004), pp. 884–891. [2] G. Yang, et al., H2S as a physiologic vasorelaxant: hypertension in mice with deletion of cystathionine gamma-lyase, Science, 322 (2008), pp. 587–590. [3] A. Papapetropoulos, et al., Hydrogen sulfide is an endogenous stimulator of angiogenesis, Proc Natl Acad Sci USA, 106 (2009), pp. 21972–21977.

Effects of hydrogen sulphide on the isolated perfused rat heart

Objectives: Hydrogen sulphide has been identified as a gas signalling molecule in the body, and has previously been shown to have vasorelaxant properties. The aim of the study was to investigate the effects of sodium hydrosulphide (NaHS), a hydrogen sulphide donor, on heart rate (HR), left ventricular developed pressure (LVDP) and coronary flow (CF) in the isolated perfused rat heart. Methods: A Langendorff isolated heart preparation was used to investigate the effect of a dose range of sodium hydrosulphide, in the presence and absence of inhibitors, on heart rate, left ventricular developed pressure and coronary flow. Results: Sodium hydrosulphide caused a significant decrease in heart rate at a concentration of 10-3 M (P <0.001). This decrease was partially inhibited by glibenclamide, a K ATP channel blocker (P <0.05); L-NAME, a nitric oxide synthase inhibitor (P <0.001), and methylene blue (P <0.001), but not by H-89, a protein kinase A inhibitor. Sodium hydrosulphide significantly increased coronary flow at concentrations of 10-4 - 10-3M (P <0.05). This response was significantly increased in the presence of L-NAME (P <0.001) and methylene blue (P <0.001), whereas H-89 inhibited the increase in coronary flow due to sodium hydrosulphide (P <0.001). Sodium hydrosulphide significantly decreased LVDP at all concentrations (P <0.001). In the presence of glibenclamide and H-89, the time period of the decrease in LVDP due to sodium hydrosulphide was extended (P <0.001), whereas methylene blue and L-NAME caused a significant reduction in the response to sodium hydrosulphide (P <0.05, P <0.01 respectively). Conclusion: Sodium hydrosulphide reduced heart rate and LVDP, and increased coronary flow in the isolated perfused rat heart; however, the mechanisms of action could not be fully elucidated.

Understanding catalytic reactions over zeolites: A density functional theory study of selective catalytic reduction of NOX by NH3 over Cu-SAPO-34

Metal exchanged CHA-type (SAPO-34 and SSZ-13) zeolites are promising catalysts for selective catalytic reduction (SCR) of NOx by NH3. However, the understanding of the process at the molecular level is still limited, which hinders the identification of its mechanism and the design of more efficient zeolite catalysts. In this work, modelling the reaction over Cu-SAPO-34, a periodic density functional theory (DFT) study of NH3-SCR was performed using hybrid functional with the consideration of van der Waals (vdW) interactions. A mechanism with a low N–N coupling barrier is proposed to account for the activation of NO. The redox cycle of Cu2+ and Cu+, which is crucial for the SCR process, is identified with detailed analyses. Besides, the decomposition of NH2NO is shown to readily occur on the Brønsted acid site by a hydrogen push-pull mechanism, confirming the collective efforts of Brønsted acid and Lewis acid (Cu2+) sites. The special electronic and structural properties of Cu-SAPO-34 are demonstrated to play an essential role the reaction, which may have a general implication on the understanding of zeolite catalysis.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Enhanced electrocatalytic activity of Au@Cu core@shell nanoparticles towards CO2 reduction

The development of technologies for the recycling of carbon dioxide into carbon-containing fuels is one of the major challenges in sustainable energy research. Two of the main current limitations are the poor efficiency and fast deactivation of catalysts. Core–shell nanoparticles are promising candidates for enhancing challenging reactions. In this work, Au@Cu core–shell nanoparticles with well-defined surface structures were synthesized and evaluated as catalysts for the electrochemical reduction of carbon dioxide in neutral medium. The activation potential, the product distribution and the long term durability of this catalyst were assessed by electrochemical methods, on-line electrochemical mass spectrometry (OLEMS) and on-line high performance liquid chromatography. Our results show that the catalytic activity and the selectivity can be tweaked as a function of the thickness of Cu shells. We have observed that the Au cubic nanoparticles with 7–8 layers of copper present higher selectivity towards the formation of hydrogen and ethylene; on the other hand, we observed that Au cubic nanoparticles with more than 14 layers of Cu are more selective towards the formation of hydrogen and methane. A trend in the formation of the gaseous products can be also drawn. The H2 and CH4 formation increases with the number of Cu layers, while the formation of ethylene decreases. Formic acid was the only liquid species detected during CO2 reduction. Similar to the gaseous species, the formation of formic acid is strongly dependent on the number of Cu layers on the core@shell nanoparticles. The Au cubic nanoparticles with 7–8 layers of Cu showed the largest conversion of CO2 to formic acid at potentials higher than 0.8 V vs. RHE. The observed trends in reactivity and selectivity are linked to the catalyst composition, surface structure and strain/electronic effects.