Evidence for the presence of a kininogen-like species in a case of total deficiency of low and high molecular weight kininogens

Low and high molecular weight kininogens (LK and HK), containing 409 and 626 amino acids with masses of ~65 and 120 kDa after glycosylation, respectively, are coded by a single gene mapped to the human chromosome 3 by alternative splicing of the transcribed mRNA. The NH2-termini Glu1-Thr383 region, identical in LK and HK, contains bradykinin (BK) moieties Arg363-Arg371. LK, HK and their kinin products Lys-BK and BK are involved in several biologic processes. They are evolutionarily conserved and only 7 patients, all apparently normal, have been reported to lack them. In one of these patients (Williams' trait), a codon mutation (Arg178 ® stop) has been blamed for the absence of LK and HK. However, using Western blots with 2 monoclonal anti-HK antibodies, one that recognizes the region common to LK and HK and the other that recognizes only HK, I detected ~110-kDa bands in the plasma of this LK/HK-deficient patient vs ~120-kDa bands in normal human and ape plasmas. With polyclonal anti-Lys-BK antibody, which strongly detects BK cleaved at its COOH-terminus in purified HK, I detected ~110-kDa bands in the normal and the deficient plasmas. Western blots with a monoclonal anti-prekallikrein (PK) antibody showed that surface activation of PK and distribution of PK activation products, both dependent on HK, were similar in these plasmas. These findings suggest that a mutant gene yielded a kininogen-like species possibly involving aberrant mRNA splicing - structurally different from normal HK, but apparently with the capacity to carry out seemingly vital HK functions.

Structure and function of the selectin ligand PSGL-1

P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) is a dimeric mucin-like 120-kDa glycoprotein on leukocyte surfaces that binds to P- and L-selectin and promotes cell adhesion in the inflammatory response. The extreme amino terminal extracellular domain of PSGL-1 is critical for these interactions, based on site-directed mutagenesis, blocking monoclonal antibodies, and biochemical analyses. The current hypothesis is that for high affinity interactions with P-selectin, PSGL-1 must contain O-glycans with a core-2 branched motif containing the sialyl Lewis x antigen (NeuAca2®3Galß1®4[Fuca1®3]GlcNAcß1®R). In addition, high affinity interactions require the co-expression of tyrosine sulfate on tyrosine residues near the critical O-glycan structure. This review addresses the biochemical evidence for this hypothesis and the evidence that PSGL-1 is an important in vivo ligand for cell adhesion.

Protein defects in neuromuscular diseases

Muscular dystrophies are a heterogeneous group of genetically determined progressive disorders of the muscle with a primary or predominant involvement of the pelvic or shoulder girdle musculature. The clinical course is highly variable, ranging from severe congenital forms with rapid progression to milder forms with later onset and a slower course. In recent years, several proteins from the sarcolemmal muscle membrane (dystrophin, sarcoglycans, dysferlin, caveolin-3), from the extracellular matrix (alpha2-laminin, collagen VI), from the sarcomere (telethonin, myotilin, titin, nebulin), from the muscle cytosol (calpain 3, TRIM32), from the nucleus (emerin, lamin A/C, survival motor neuron protein), and from the glycosylation pathway (fukutin, fukutin-related protein) have been identified. Mutations in their respective genes are responsible for different forms of neuromuscular diseases. Protein analysis using Western blotting or immunohistochemistry with specific antibodies is of the utmost importance for the differential diagnosis and elucidation of the physiopathology of each genetic disorder involved. Recent molecular studies have shown clinical inter- and intra-familial variability in several genetic disorders highlighting the importance of other factors in determining phenotypic expression and the role of possible modifying genes and protein interactions. Developmental studies can help elucidate the mechanism of normal muscle formation and thus muscle regeneration. In the last fifteen years, our research has focused on muscle protein expression, localization and possible interactions in patients affected by different forms of muscular dystrophies. The main objective of this review is to summarize the most recent findings in the field and our own contribution.

Nucleotide-sugar transporters: structure, function and roles in vivo

The glycosylation of glycoconjugates and the biosynthesis of polysaccharides depend on nucleotide-sugars which are the substrates for glycosyltransferases. A large proportion of these enzymes are located within the lumen of the Golgi apparatus as well as the endoplasmic reticulum, while many of the nucleotide-sugars are synthesized in the cytosol. Thus, nucleotide-sugars are translocated from the cytosol to the lumen of the Golgi apparatus and endoplasmic reticulum by multiple spanning domain proteins known as nucleotide-sugar transporters (NSTs). These proteins were first identified biochemically and some of them were cloned by complementation of mutants. Genome and expressed sequence tag sequencing allowed the identification of a number of sequences that may encode for NSTs in different organisms. The functional characterization of some of these genes has shown that some of them can be highly specific in their substrate specificity while others can utilize up to three different nucleotide-sugars containing the same nucleotide. Mutations in genes encoding for NSTs can lead to changes in development in Drosophila melanogaster or Caenorhabditis elegans, as well as alterations in the infectivity of Leishmania donovani. In humans, the mutation of a GDP-fucose transporter is responsible for an impaired immune response as well as retarded growth. These results suggest that, even though there appear to be a fair number of genes encoding for NSTs, they are not functionally redundant and seem to play specific roles in glycosylation.

Neutrophil function and metabolism in individuals with diabetes mellitus

Neutrophils act as first-line-of-defense cells and the reduction of their functional activity contributes to the high susceptibilityto and severity of infections in diabetes mellitus. Clinical investigations in diabetic patients and experimental studies in diabetic rats and mice clearly demonstrated consistent defects of neutrophil chemotactic, phagocytic and microbicidal activities. Other alterations that have been reported to occur during inflammation in diabetes mellitus include: decreased microvascular responses to inflammatory mediators such as histamine and bradykinin, reduced protein leakage and edema formation, reduced mast cell degranulation, impairment of neutrophil adhesionto the endothelium and migration to the site of inflammation, production of reactive oxygen species and reduced release of cytokines and prostaglandin by neutrophils, increased leukocyte apoptosis, and reduction in lymph node retention capacity. Since neutrophil function requires energy, metabolic changes (i.e., glycolytic and glutaminolytic pathways) may be involved in the reduction of neutrophil function observed in diabetic states. Metabolic routes by which hyperglycemia is linked to neutrophil dysfunction include the advanced protein glycosylation reaction, the polyol pathway, oxygen-free radical formation, the nitric oxide-cyclic guanosine-3'-5'monophosphate pathway, and the glycolytic and glutaminolytic pathways. Lowering of blood glucose levels by insulin treatment of diabetic patients or experimental animals has been reported to have significant correlation with improvement of neutrophil functional activity. Therefore, changes might be primarily linked to a continuing insulin deficiency or to secondary hyperglycemia occurring in the diabetic individual. Accordingly, effective control with insulin treatment is likely to be relevant during infection in diabetic patients.

Helicobacter pylori adhesion to gastric epithelial cells is mediated by glycan receptors

Helicobacter pylori adhesion to gastric epithelial cells constitutes a key step in the establishment of a successful infection of the gastric mucosa. The high representation of outer membrane proteins in the bacterial genome suggests the relevance of those proteins in the establishment of profitable interactions with the host gastric cells. Gastric epithelial cells are protected by a mucous layer gel, mainly consisting of the MUC5AC and MUC6 mucins. In addition to this protective role, mucins harbor glycan-rich domains that constitute preferential binding sites of many pathogens. In this article we review the main players in the process of H. pylori adhesion to gastric epithelial cells, which contribute decisively to the high prevalence and chronicity of H. pylori infection. The BabA adhesin recognizes both H-type 1 and Lewis b blood-group antigens expressed on normal gastric mucosa of secretor individuals, contributing to the initial steps of infection. Upon colonization, persistent infection induces an inflammatory response with concomitant expression of sialylated antigens. The SabA adhesin mediates H. pylori binding to inflamed gastric mucosa by recognizing sialyl-Lewis a and sialyl-Lewis x antigens. The expression of the BabA and SabA adhesins is tightly regulated, permitting the bacteria to rapidly adapt to the changes of glycosylation of the host gastric mucosa that occur during infection, as well as to escape from the inflammatory response. The growing knowledge of the interactions between the bacterial adhesins and the host receptors will contribute to the design of alternative strategies for eradication of the infection.

Evaluation of the antischistosomal activity of sulfated α-D-glucan from the lichen Ramalina celastri free and encapsulated into liposomes

The antischistosomal activity of the sulfated polysaccharide α-D-glucan (Glu.SO4) extracted from Ramalina celastri was evaluated after encapsulation into liposomes (Glu.SO4-LIPO) in Schistosoma mansoni-infected mice. The effect of treatment with Glu.SO4 and Glu.SO4-LIPO (10 mg/kg) on egg elimination, worm burden and hepatic granuloma formation was assessed using female albino Swiss mice, 35-40 days of age, weighing 25 ± 2 g, infected with 150 cercariae/animal (Biomphalaria glabrata, BH strain). Four groups (N = 10) were studied, two controls (empty liposomes and NaCl) and two treated groups (Glu.SO4-LIPO and Glu.SO4) using a single dose. Parasitological analysis revealed that Glu.SO4-LIPO was as efficient as Glu.SO4 in reducing egg elimination and worm burden. Treatment with free Glu.SO4 and Glu.SO4-LIPO induced a statistically significant reduction in the number of granulomas (62 and 63%, respectively). Lectin histochemistry showed that wheat germ agglutinin intensely stained the egg-granuloma system in all treated groups. On the other hand, peanut agglutinin stained cells in the control groups, but not in the treated groups. The present results suggest a correlation between the decreasing number of hepatic egg-granulomas and the glycosylation profile of the egg-granuloma system in animals treated with free Glu.SO4 or Glu.SO4-LIPO.

Chemical synthesis of glycosylated oligoribonucleotides for siRNA development

In this study, an efficient methodology for the preparation of carbohydrate-RNA conjugates was established, which involved the use of 3,4~diethoxy-3-cyclobutene-l,2- dione (diethyl squarate) as the linking reagent. First, a glycan moiety containing an amino group reacted with diethyl squarate to form an activated glycan, which further reacted with an amino modified oligoribonucleotide to form a glycoconjugate under slightly basic conditions. The effect of glycosylation on the stability of RNA molecules was evaluated on two glycoconjugates, monomannosyl UlO-mer and dimannosyl UlO-mer. In the synthesis of aromatic fluorescent ribosides, perbenzylated ribofuranosyl pyrene and phenanthrene were synthesized from perbenzylated ribolactone. Deprotection of benzyl-protected ribofuranosyl phenanthrene and pyrene by boron tribromide gave ribofuranosyl phenanthrene and ribopyranosyl pyrene, respectively. UV/vis and fluorescent properties of the ribosides were characterized.

Effet de chaperones pharmacologiques sur les formes mutantes du récepteur mélanocortine de type 4 responsables de l'obésité morbide précoce

Le récepteur mélanocortine de type 4 (MC4R) est un récepteur couplé aux protéines G impliqué dans la régulation de la prise alimentaire et de l’homéostasie énergétique. Quatre-vingt pour cent des mutants du MC4R reliés à l’obésité morbide précoce (OMP) sont retenus à l’intérieur de la cellule. Le système de contrôle de qualité (SCQ) est probablement responsable de cette rétention, par la reconnaissance d’une conformation inadéquate des mutants. Le rétablissement de l’expression à la surface cellulaire et de la fonctionnalité de ces mutants est donc d’intérêt thérapeutique. Dans cette optique, des composés lipophiles spécifiques pour le MC4R ont été sélectionnés sur la base de leur sélectivité. Nous avons démontré qu’ils agissent à titre de chaperone pharmacologique (CP) en rétablissant l’expression à la surface cellulaire et la fonctionnalité des récepteurs mutants S58C et R165W, et qu’ils favorisent leur N-glycosylation complexe (maturation). Le suivi par BRET du site d’action des CP du MC4R suggère une action en aval de l’interaction calnexine-MC4R. De manière générale, une CP peut avoir un effet différent selon le mutant traité en induisant des conformations distinctes du récepteur plus ou moins aptes à se dissocier du SCQ et à activer la voie de signalisation, et un mutant peut répondre différemment selon la CP utilisée par des différences d’affinité pour le ligand, la CP et les effecteurs. Une meilleure compréhension du mode d’action des CP pourrait aider au développement de nouvelles approches thérapeutiques non seulement pour l’OMP, mais aussi pour d’autres maladies conformationnelles causées par le mauvais repliement de protéines.

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.

Regulation of cholesterol intake by the corpus luteum

Studies were funded by Colegio de Postgraduados, México. CONACyT, México. SRE, México. Ministère de l’Éducation du Québec, University of Montreal and an Operating Grant to B.D. Murphy from the Canadian Institutes of Health Research.

Conséquences fonctionnelles de mutations affectant le récepteur de la vasopressine de type 2 et implications thérapeutiques

Le récepteur de la vasopressine de type 2 (V2R) joue un rôle crucial dans l’homéostasie hydrique. Exprimé principalement au niveau du rein, son activation par l’hormone antidiurétique arginine-vasopressine (AVP) favorise la réabsorption d’eau, participant ainsi à diminuer la diurèse. Plus de 200 mutations dans le gène du V2R ont été associées au diabète néphrogénique insipide congénital (DINc), une maladie causée par une perte de fonction du récepteur. À l’opposé, trois mutations découvertes récemment induisent un gain de fonction du V2R, et sont la cause du syndrome néphrogénique de l’anti-diurèse inappropriée (NSIAD). Les travaux de cette thèse visent à mieux comprendre les bases moléculaires responsables de la perte ou du gain de fonction des récepteurs mutants associés à ces deux maladies. Dans plus de 50% des cas, les mutations faux-sens affectent négativement l’adoption d’une conformation native par le V2R, provoquant la reconnaissance et la rétention intracellulaire des mutants par le système de contrôle de qualité du réticulum endoplasmique. Nos résultats ont démontré que l’interaction entre les récepteurs mutants et le chaperon moléculaire calnexine est dépendante de N-glycosylation et que sa durée varie en fonction de la mutation. De plus, l’importance de cette modification co-traductionnelle et des interactions lectines-sucres dans le processus de maturation d’un mutant donné s’est avérée une caractéristique intrinsèque, puisque l’absence de N-glycosylation n’a pas affecté le mutant Y128S (phénotype léger) tandis que la maturation du mutant W164S (phénotype sévère) a été totalement abolie. Nos résultats suggèrent aussi que l’action des chaperons pharmacologiques (CP), molécules favorisant la maturation des mutants du V2R, peut survenir à différentes étapes au cours du processus de maturation, selon le mutant réchappé. Ces différences entre muta nts suggèrent des processus biosynthétiques ‘personnalisés’ dictés par la nature de la mutation impliquée et pourraient expliquer la différence de sévérité des manifestations cliniques chez les patients porteurs de ces mutations. Bien qu’une récupération de fonction ait été obtenue pour les mutants Y128S et W164S par un traitement au CP, il n’en est pas de même pour toutes les mutations occasionnant un défaut conformationnel. C’est ce que nous avons démontré pour le mutant V88M, affligé de deux défauts, soit une faible efficacité de maturation combinée à une basse affinité pour l’AVP. Dans ce cas, et malgré une augmentation du nombre de récepteurs mutants la surface cellulaire, la diminution de l’affinité apparente du récepteur mutant pour l’AVP a été exacerbée par la présence résiduelle de CP à son site de liaison, rendant impossible l’activation du récepteur aux concentrations physiologiques d’AVP. Les mutants R137C et R137L ont une activité constitutive élevée et mènent au NSIAD tandis que la substitution de cette même arginine par une histidine (R137H) mène au DINc. Ces trois mutants se sont avéré partager plusieurs caractéristiques, dont une efficacité de maturation réduite et une désensibilisation spontanée élevée. La seule différence iden tifiée entre ces mutants est leur niveau d’activité constitutive. Le CP utilisé dans nos études possède aussi la propriété d’agoniste inverse, mais n’a pourtant pas diminué l’activité constitutive des mutants R137C/L, suggérant une conformation active ‘figée’. Seul l’effet chaperon a été observé, entraînant la hausse de récepteurs à la surface cellulaire, qui se traduit par une augmentation de la production de second messager. Nous avons par contre suggéré l’utilisation d’AVP puisqu’il favorise l’endocytose des récepteurs R137/L sans promouvoir leur activation, diminuant ainsi le nombre de récepteurs actifs à la surface cellulaire. Nous avons identifié la première mutation occasionnant un gain de fonction du V2R qui n’implique pas l’arginine 137. Le mutant F229V a une activité constitutive élevée et, contrairement aux R137C et R137L, il n’est pas sujet à une désensibilisation spontanée accrue. L’observation que des agonistes inverses sont aptes à inhiber l’activité constitutive de ce nouveau mutant est une découverte importante puisque l’insuccès obtenu avec les mutations précédentes suggérait que ces molécules n’étaient pas utiles pour le traitement du NSIAD. Considérés globalement, ces travaux illustrent le caractère particulier des formes mutantes du V2R et l’importance de bien cerner les conséquences fonctionnelles des mutations afin d’apporter aux patients atteints de DINc ou NSIAD une thérapie personnalisée, et de développer de nouveaux agents thérapeutiques adaptés aux besoins.

Étude et inhibition de l'adhésine impliquée dans l'adhérence diffuse (AIDA-I) d'escherichia coli

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Rôle du treillis Mgat5/galectine-3 et de la cavéoline-1 dans la fibrillogenèse de la fibronectine et la migration cellulaire : lien avec la dynamique des points focaux d'adhésion

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Étude de la biogenèse de l'autotransporteur AIDA-I d'Escherichia coli

Les autotransporteurs monomériques, appartenant au système de sécrétion de type V, correspondent à une famille importante de facteurs de virulence bactériens. Plusieurs fonctions, souvent essentielles pour le développement d’une infection ou pour le maintien et la survie des bactéries dans l’organisme hôte, ont été décrites pour cette famille de protéines. Malgré l’importance de ces protéines, notre connaissance de leur biogenèse et de leur mécanisme d’action demeure relativement limitée. L’autotransporteur AIDA-I, retrouvé chez diverses souches d’Escherichia coli, est un autotransporter multifonctionnel typique impliqué dans l’adhésion et l’invasion cellulaire ainsi que dans la formation de biofilm et d’agrégats bactériens. Les domaines extracellulaires d’autotransporteurs monomériques sont responsables de la fonctionnalité et possèdent pratiquement tous une structure caractéristique d’hélice β. Nous avons mené une étude de mutagenèse aléatoire avec AIDA-I afin de comprendre la base de la multifonctionnalité de cette protéine. Par cette approche, nous avons démontré que les domaines passagers de certains autotransporteurs possèdent une organisation modulaire, ce qui signifie qu’ils sont construits sous la forme de modules fonctionnels. Les domaines passagers d’autotransporteurs peuvent être clivés et relâchés dans le milieu extracellulaire. Toutefois, malgré la diversité des mécanismes de clivage existants, plusieurs protéines, telles qu’AIDA-I, sont clivées par un mécanisme qui demeure inconnu. En effectuant une renaturation in vitro d’AIDA-I, couplée avec une approche de mutagenèse dirigée, nous avons démontré que cette protéine se clive par un mécanisme autocatalytique qui implique deux acides aminés possédant un groupement carboxyle. Ces résultats ont permis la description d’un nouveau mécanisme de clivage pour la famille des autotransporteurs monomériques. Une des particularités d’AIDA-I est sa glycosylation par une heptosyltransférase spécifique nommée Aah. La glycosylation est un concept plutôt récent chez les bactéries et pour l’instant, très peu de protéines ont été décrites comme glycosylées chez E. coli. Nous avons démontré que Aah est le prototype pour une nouvelle famille de glycosyltransférases bactériennes retrouvées chez diverses espèces de protéobactéries. La glycosylation d’AIDA-I est une modification cytoplasmique et post-traductionnelle. De plus, Aah ne reconnaît pas une séquence primaire, mais plutôt un motif structural. Ces observations sont uniques chez les bactéries et permettent d’élargir nos connaissances sur la glycosylation chez les procaryotes. La glycosylation par Aah est essentielle pour la conformation d’AIDA-I et par conséquent pour sa capacité de permettre l’adhésion. Puisque plusieurs homologues d’Aah sont retrouvés à proximité d’autotransporteurs monomériques putatifs, cette famille de glycosyltranférases pourrait être importante, sinon essentielle, pour la biogenèse et/ou la fonction de nombreux autotransporteurs. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse apportent de nouvelles informations et permettent une meilleure compréhension de la biogenèse d’une des plus importantes familles de protéines sécrétées chez les bactéries Gram négatif.