Periodontal regeneration and mesenchymal stem cells

The ultimate goal of periodontal therapy is to regenerate periodontal supporting tissues, but this is hard to achieve as the results of periodontal techniques for regeneration are clinically unpredictable. Stem cells owing to their plasticity and proliferation potential provides a new paradigm for periodontal regeneration. Stem cells from mesenchyme can self renew and generate new dental tissues (including dentin and cementum), alveolar bone and periodontal ligament, and thus they have great potential in periodontal regeneration. This chapter presents an insight into mesenchymal stem cells and their potential use in periodontal regeneration. In this chapter the cellular and molecular biology in periodontal regeneration will be introduced, followed by a range of conventional surgical procedures for periodontal regeneration will be discussed. Mesenchymal stem cells applied in regenerated periodontal tissue and their biological characterizations in vitro will be also introduced. Lastly, the use of mesenchymal stem cell to repair periodontal tissues in large animal models will be also reviewed.

Effect of magnesium depletion and potassium and chlorothiazide on intracellular pH in the rat, studied by 31P NMR

1. Both dietary magnesium depletion and potassium depletion (confirmed by tissue analysis) were induced in rats which were then compared with rats treated with chlorothiazide (250 mg/kg diet) and rats on a control synthetic diet. 2. Brain and muscle intracellular pH was measured by using a surface coil and [31P]-NMR to measure the chemical shift of inorganic phosphate. pH was also measured in isolated perfused hearts from control and magnesium-deficient rats. Intracellular magnesium status was assessed by measuring the chemical shift of β-ATP in brain. 3. There was no evidence for magnesium deficiency in the chlorothiazide-treated rats on tissue analysis or on chemical shift of β-ATP in brain. Both magnesium and potassium deficiency, but not chlorothiazide treatment, were associated with an extracellular alkalosis. 4. Magnesium deficiency led to an intracellular alkalosis in brain, muscle and heart. Chlorothiazide treatment led to an alkalosis in brain. Potassium deficiency was associated with a normal intracellular pH in brain and muscle. 5. Magnesium depletion and chlorothiazide treatment produce intracellular alkalosis by unknown mechanism(s).

Conference report: 7th Annual Congress of International Drug Discovery Science and Technology

This is a report on the 7th Annual Congress of International Drug Discovery Science and Technology held in Shanghai, China from 22–25 October, 2009. The conference, organized by BIT Life Sciences, comprised several parallel sessions, keynote presentations and a selection of selection of 20-minute presentations covering a range of therapeutic areas, including general medicinal chemistry, oncology, inflammation, receptors and ion channels, drug, metabolism and pharmokinetics, and fragment-based drug discovery. There were also sessions devoted to genomics, biomarkers, immunology, cell biology, molecular imaging and biochips. Supported by an exhibition of services/products and posters, the conference underlined the marked presence of Asian CROs.

Genetics of Healthy Aging in Europe.The EU-Integrated Project GEHA (GEnetics of Healthy Aging)

The aim of the 5-year European Union (EU)-Integrated Project GEnetics of Healthy Aging (GEHA), constituted by 25 partners (24 from Europe plus the Beijing Genomics Institute from China), is to identify genes involved in healthy aging and longevity, which allow individuals to survive to advanced old age in good cognitive and physical function and in the absence of major age-related diseases. To achieve this aim a coherent, tightly integrated program of research that unites demographers, geriatricians, geneticists, genetic epidemiologists, molecular biologists, bioinfomaticians, and statisticians has been set up. The working plan is to: (a) collect DNA and information on the health status from an unprecedented number of long-lived 90+ sibpairs (n = 2650) and of younger ethnically matched controls (n = 2650) from 11 European countries; (b) perform a genome-wide linkage scannning in all the sibpairs (a total of 5300 individuals); this investigation will be followed by linkage disequilibrium mapping (LD mapping) of the candidate chromosomal regions; (c) study in cases (i.e., the 2650 probands of the sibpairs) and controls (2650 younger people), genomic regions (chromosome 4, D4S1564, chromosome 11, 11.p15.5) which were identified in previous studies as possible candidates to harbor longevity genes; (d) genotype all recruited subjects for apoE polymorphisms; and (e) genotype all recruited subjects for inherited as well as epigenetic variability of the mitochondrial DNA (mtDNA). The genetic analysis will be performed by 9 high-throughput platforms, within the framework of centralized databases for phenotypic, genetic, and mtDNA data. Additional advanced approaches (bioinformatics, advanced statistics, mathematical modeling, functional genomics and proteomics, molecular biology, molecular genetics) are envisaged to identify the gene variant(s) of interest. The experimental design will also allow (a) to identify gender-specific genes involved in healthy aging and longevity in women and men stratified for ethnic and geographic origin and apoE genotype; (b) to perform a longitudinal survival study to assess the impact of the identified genetic loci on 90+ people mortality; and (c) to develop mathematical and statistical models capable of combining genetic data with demographic characteristics, health status, socioeconomic factors, lifestyle habits.

Immuno-oncology of human prostate cancer : phenotypical characterization and study of the tumor-derived, androgen-regulated immunosuppressive microenvironment

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes canadiens et la troisième cause de décès relié au cancer. Lorsque diagnostiqué à un stade précoce de la maladie, le cancer de la prostate est traité de manière curative par chirurgie et radiothérapie. Par contre, les thérapies actuelles ne peuvent éradiquer la maladie lorsqu’elle progresse à des stades avancés. Ces thérapies, comme la chimiothérapie et l’hormonothérapie, demeurent donc palliatives. Il est primordial d’optimiser de nouvelles thérapies visant l’élimination des cellules cancéreuses chez les patients atteints des stades avancés de la maladie. Une de ces nouvelles options thérapeutiques est l’immunothérapie. L’immunothérapie du cancer a fait des progrès considérables durant les dernières années. Cependant, les avancements encourageants obtenus lors d’essais précliniques ne se sont pas encore traduits en des résultats cliniques significatifs. En ce qui concerne le cancer de la prostate, les résultats négligeables suivants des interventions immunothérapeutiques peuvent être causés par le fait que la plupart des études sur le microenvironnement immunologique furent effectuées chez des modèles animaux. De plus la majorité des études sur l’immunologie tumorale humaine furent effectuées chez des patients atteints d’autres cancers, tels que le mélanome, et non chez les patients atteints du cancer de la prostate. Donc, le but central de cette thèse de doctorat est d’étudier le microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate afin de mieux définir les impacts de la tumeur sur le développement de la réponse immunitaire antitumorale. Pour réaliser ce projet, nous avons établi deux principaux objectifs de travail : (i) la caractérisation précise des populations des cellules immunitaires infiltrant la tumeur primaire et les ganglions métastatiques chez les patients atteints du cancer de la prostate; (ii) l’identification et l’étude des mécanismes immunosuppressifs exprimés par les cellules cancéreuses de la prostate. Les résultats présentés dans cette thèse démontrent que la progression du cancer de la prostate est associée au développement d’un microenvironnement immunosuppressif qui, en partie, est régulé par la présence des androgènes. L’étude initiale avait comme but la caractérisation du microenvironnement immunologique des ganglions drainant la tumeur chez des patients du cancer de la prostate. Les résultats présentés dans le chapitre III nous a permis de démontrer que les ganglions métastatiques comportent des signes cellulaires et histopathologiques associés à une faible réactivité immunologique. Cette immunosuppression ganglionnaire semble dépendre de la présence des cellules métastatiques puisque des différences immunologiques notables existent entre les ganglions non-métastatiques et métastatiques chez un même patient. La progression du cancer de la prostate semble donc associée au développement d’une immunosuppression affectant les ganglions drainant la tumeur primaire. Par la suite, nous nous sommes intéressés à l’impact de la thérapie par déplétion des androgènes (TDA) sur le microenvironnement immunologique de la tumeur primaire. La TDA est associée à une augmentation marquée de l’inflammation prostatique. De plus, les protocoles d’immunothérapies pour le cancer de la prostate actuellement évalués en phase clinique sont dirigés aux patients hormonoréfractaires ayant subi et échoué la thérapie. Cependant, peu d’information existe sur la nature de l’infiltrat de cellules immunes chez les patients castrés. Il est donc essentiel de connaître la nature de cet infiltrat afin de savoir si celui-ci peut répondre de manière favorable à une intervention immunothérapeutique. Dans le chapitre IV, je présente les résultats sur l’abondance des cellules immunes infiltrant la tumeur primaire suivant la TDA. Chez les patients castrés, les densités de lymphocytes T CD3+ et CD8+ ainsi que des macrophages CD68+ sont plus importantes que chez les patients contrôles. Nous avons également observé une corrélation entre la densité de cellules NK et une diminution du risque de progression de la maladie (rechute biochimique). Inversement, une forte infiltration de macrophages est associée à un plus haut risque de progression. Conjointement, durant cette étude, nous avons développé une nouvelle approche informatisée permettant la standardisation de la quantification de l’infiltrat de cellules immunes dans les échantillons pathologiques. Cette approche facilitera la comparaison d’études indépendantes sur la densité de l’infiltrat immun. Ces résultats nous ont donc permis de confirmer que les effets pro-inflammatoires de la TDA chez les patients du cancer de la prostate ciblaient spécifiquement les lymphocytes T et les macrophages. L’hypothèse intéressante découlant de cette étude est que les androgènes pourraient réguler l’expression de mécanismes immunosuppressifs dans la tumeur primaire. Dans le chapitre V, nous avons donc étudié l’expression de mécanismes immunosuppressifs par les cellules cancéreuses du cancer de la prostate ainsi que leur régulation par les androgènes. Notre analyse démontre que les androgènes augmentent l’expression de molécules à propriétés immunosuppressives telles que l’arginase I et l’arginase II. Cette surexpression dépend de l’activité du récepteur aux androgènes. Chez les patients castrés, l’expression de l’arginase II était diminuée suggérant une régulation androgénique in vivo. Nous avons observé que l’arginase I et l’arginase II participent à la prolifération des cellules du cancer de la prostate ainsi qu’à leur potentiel immunosuppressif. Finalement, nous avons découvert que l’expression de l’interleukin-8 était aussi régulée par les androgènes. De plus, l’interleukin-8, indépendamment des androgènes, augmente l’expression de l’arginase II. Ces résultats confirment que les androgènes participent au développement d’une microenvironnement immunosuppressif dans le cancer de la prostate en régulant l’expression de l’arginase I, l’arginase II et l’interleukin-8. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse témoignent du caractère unique du microenvironnement immunologique chez les patients atteints du cancer de la prostate. Nos travaux ont également permis d’établir de nouvelles techniques basées sur des logiciels d’analyse d’image afin de mieux comprendre le dialogue entre la tumeur et le système immunitaire chez les patients. Approfondir les connaissances sur les mécanismes de régulation du microenvironnement immunologique chez les patients atteint du cancer de la prostate permettra d’optimiser des immunothérapies mieux adaptées à éradiquer cette maladie.

Caractérisation cytogénétique et clinique des gènes de fusion impliquant MLL dans les leucémies

Le gène MLL (Mixed-Lineage Leukemia), un homologue du gène trithorax de la Drosophile, localisé à la bande chromosomique 11q23, est fréquemment réarrangé dans plusieurs types de leucémies, essentiellement suite à des translocations chromosomiques. Dans les différentes translocations chromosomiques, la partie N-terminale de MLL est fusionnée avec les séquences d’un gène partenaire. Malgré le grand nombre de partenaires de fusion rapportés, peu de fusions MLL ont été bien caractérisées sur le plan moléculaire. De plus, l’impact pronostique de plusieurs fusions moins fréquentes n’est pas bien établi. L’objectif de mon projet est de caractériser plusieurs translocations MLL qui ont été détectées dans 39 spécimens leucémiques collectés par la Banque de cellules leucémiques du Québec (www.bclq.gouv.qc.ca), et d’établir une corrélation entre les résultats de la cytogénétique et différents paramètres biologiques et cliniques des leucémies respectives. L’identification des gènes partenaires de fusion (GPF) dans notre série (30 échantillons étudiés), a révélé la fusion de MLL à un gène partenaire très récurrent dans 26 leucémies: MLLT3(AF9), AFF1(AF4), MLLT4(AF6), MLLT1(ENL), ELL; à un GPF modérément commun dans 1 leucémie : MLLT6(AF17); et à un partenaire rare de MLL dans 3 leucémies : GAS7 et AF15/CASC5 (2 cas). Nous avons poursuivi notre travail avec la caractérisation des points de cassure de deux fusions, soit MLL-ELL associée à un syndrome myéloprolifératif (une association rare), et MLL-GAS7 (une fusion rare de MLL), associée à une leucémie aiguë myéloïde. L’analyse des transcrits de fusion par RT-PCR et séquençage a révélé respectivement la fusion de l’exon 9 de MLL à l’exon 2 de ELL et des exons 7 ou 8 de MLL (deux transcrits) à l’exon 2 de GAS7. Ce travail permettra d’effectuer des études fonctionnelles et des projets de recherche translationnelle en utilisant ces spécimens de leucémies avec différents réarrangements de MLL, bien caractérisés sur le plan clinique et moléculaire.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

Détection moléculaire des métastases des ganglions lymphatique dans le cancer du col de l'utérus

Le Cancer du Col Utérin (CCU) chez la femme est provoqué par le virus oncogénique VPH. La métastase lymphatique ganglionnaire est un facteur pronostique majeur pour l’évolution de ce cancer et sa présence influence la décision thérapeutique. En général, l’envahissement ganglionnaire est diagnostiqué par histologie, mais cette méthode est laborieuse et parfois prise en défaut pour détecter les micrométastases et les cellules cancéreuses isolées et pour donner des résultats rapides en per opératoire. L’outil moléculaire que nous désirons développer pour combler cette lacune est basé sur une analyse d’ARN des gènes du VPH exprimés par les cellules du CCU. Ceci sera fait par transcription réverse de l’ARN cellulaire couplé à une réaction quantitative en chaine par polymérase en temps réel (RT-qPCR). Cette technique devrait nous permettre une détection et une évaluation rapide des micrométastases pour aider à déterminer immédiatement un pronostic fiable et la thérapie associée. C’est un test précis, sensible et rapide pour détecter un envahissement ganglionnaire dans le CCU visant à améliorer la gestion thérapeutique. Le projet est basé sur trois objectifs. En premier lieu, valider les marqueurs moléculaires E6 et E7 de VPH16 et 18 à partir des échantillons frais et des échantillons fixés dans des blocs de paraffine. En deuxième lieu, déterminer la fiabilité et la sensibilité des marqueurs pour la détection des macrométastases, des micrométastases et les cellules tumorales isolées en utilisant la technique de RT-qPCR. En troisième lieu et parallèlement au travail présenté dans ce mémoire, il est nécessaire de constituer une base de données des patientes qui ont le virus VPH16 et 18 intégré dans leur génome, qui ont été traitées et dont nous connaissons déjà le diagnostic final afin de valider la méthode (biobanque). Nous avons réussi à extraire de l’ARNm de haute qualité à partir d’échantillons complexes, à détecter les gènes E6 et E7 de VPH16 et 18 en RT-qPCR, et à déterminer précisément la limite de détection de E6 et E7 dans les échantillons frais qui est une proportion de 0,008% de cellules cancéreuses. Dans les échantillons fixés dans la paraffine, cette limite est de 0,02% et 0,05% pour E6-E7-VPH16 et E6-E7-VPH18 respectivement. Ceci comparativement à une limite de détection histologique de 1% qui est déterminée par immunohistochimie de CK19. Enfin, notre protocole est validé pour VPH18 dans les ganglions lymphatiques du CCU.

The substrate degradome of meprin metalloproteases reveals an unexpected proteolytic link between meprin β and ADAM10.

The in vivo roles of meprin metalloproteases in pathophysiological conditions remain elusive. Substrates define protease roles. Therefore, to identify natural substrates for human meprin α and β we employed TAILS (terminal amine isotopic labeling of substrates), a proteomics approach that enriches for N-terminal peptides of proteins and cleavage fragments. Of the 151 new extracellular substrates we identified, it was notable that ADAM10 (a disintegrin and metalloprotease domain-containing protein 10)-the constitutive α-secretase-is activated by meprin β through cleavage of the propeptide. To validate this cleavage event, we expressed recombinant proADAM10 and after preincubation with meprin β, this resulted in significantly elevated ADAM10 activity. Cellular expression in murine primary fibroblasts confirmed activation. Other novel substrates including extracellular matrix proteins, growth factors and inhibitors were validated by western analyses and enzyme activity assays with Edman sequencing confirming the exact cleavage sites identified by TAILS. Cleavages in vivo were confirmed by comparing wild-type and meprin(-/-) mice. Our finding of cystatin C, elafin and fetuin-A as substrates and natural inhibitors for meprins reveal new mechanisms in the regulation of protease activity important for understanding pathophysiological processes.

Regulation of survivin gene expression in the human endometrium and endometrial cancer

In the United States, endometrial cancer is the leading cancer of the female reproductive tract. There are 40,100 new cases and 7,470 deaths from endometrial cancer estimated for 2008 (47). The average five year survival rate for endometrial cancer is 84% however, this figure is substantially lower in patients diagnosed with late stage, advanced disease and much higher for patients diagnosed in early stage disease (47). Endometrial cancer (EC) has been associated with several risk factors including obesity, diabetes, hypertension, previously documented occurrence of hereditary non-polyposis colorectal cancer (HNPCC), and heightened exposure to estrogen (25). As of yet, there has not been a dependable molecular predictor of endometrial cancer occurrence in women with these predisposing factors. The goal of our lab is to identify genes that are aberrantly expressed in EC and may serve as molecular biomarkers of EC progression. One candidate protein that we are exploring as a biomarker of EC progression is the cell survival protein survivin.

NOVEL AMINO ACID TRANSPORTER-TARGETED RADIOTRACERS FOR BREAST CANCER IMAGING

Breast cancer is the most common malignancy among women in the world. Its 5-year survival rate ranges from 23.4% in patients with stage IV to 98% in stage I disease, highlighting the importance of early detection and diagnosis. 18F-2-Fluoro-2-deoxy-glucose (18F-FDG), using positron emission tomography (PET), is the most common functional imaging tool for breast cancer diagnosis currently. Unfortunately, 18F-FDG-PET has several limitations such as poorly differentiating tumor tissues from inflammatory and normal brain tissues. Therefore, 18F-labeled amino acid-based radiotracers have been reported as an alternative, which is based on the fact that tumor cells uptake and consume more amino acids to sustain their uncontrolled growth. Among those radiotracers, 18F-labeled tyrosine and its derivatives have shown high tumor uptake and great ability to differentiate tumor tissue from inflammatory sites in brain tumors and squamous cell carcinoma. They enter the tumor cells via L-type amino acid transporters (LAT), which were reported to be highly expressed in many cancer cell lines and correlate positively with tumor growth. Nevertheless, the low radiosynthesis yield and demand of an on-site cyclotron limit the use of 18F-labeled tyrosine analogues. In this study, four Technetium-99m (99mTc) labeled tyrosine/ AMT (α-methyl tyrosine)-based radiotracers were successfully synthesized and evaluated for their potentials in breast cancer imaging. In order to radiolabel tyrosine and AMT, the chelators N,N’-ethylene-di-L-cysteine (EC) and 1,4,8,11-tetra-azacyclotetradecane (N4 cyclam) were selected to coordinate 99mTc. These chelators have been reported to provide stable chelation ability with 99mTc. By using the chelator technology, the same target ligand could be labeled with different radioisotopes for various imaging modalities for tumor diagnosis, or for internal radionuclide therapy in future. Based on the in vitro and in vivo evaluation using the rat mammary tumor models, 99mTc-EC-AMT is considered as the most suitable radiotracer for breast cancer imaging overall, however, 99mTc-EC-Tyrosine will be more preferred for differential diagnosis of tumor from inflammation.

A pharmacological investigation of noradrenergic receptor mechanisms in neophobia

The dorsal noradrenergic bundle (DB) is a major ascending pathway which originates in the locus coeruleus of the brainstem and projects to the forebrain. The behavioral role of the DB remains unclear, despite a great deal of effort. Selective attention and anxiety are two areas which have been the focus of recent research. Some studies of the DB utilize the neurotoxin 6-hydroxydopamine (6-OHDA), since 6-OHDA injection into this pathway results in greater than 90 percent depletion of cortical and hippocampal norepinephrine (NE). Neophobia, the fear of novelty, has been reported to be either increased or decreased by 6-OHDA lesions of the DB, depending on conditions. The selective attention hypothesis would be supported by increased neophobia after 6-OHDA lesions, while the anxiety hypothesis would be supported by decreased neophobia. We have examined the effects of 6-OHDA DB lesions on neophobia under conditions in which the test environment and/or the test food were novel. We found that the lesion attenuates neophobia, defined as an increased preference for novel food, when both the environment and food were novel. The lesion had no effect on neophobia when only the environment or food was novel.^ We examined the effects of chronic intraventricular NE infusions on behavior in our neophobia test, in sham and 6-OHDA DB lesioned animals. We found that chronic NE infusions into lesioned animals significantly reversed the lesion-induced attenuation of neophobia. Sham/NE infused animals demonstrated a 40 percent greater preference for familiar food compared to sham/saline infused animals. These data suggest that infusions of NE have an effect opposite to lesion-induced attenuation of neophobia. Chronic infusions of the alpha adrenoceptor agonists had no consistent effects on neophobia. The beta adrenoceptor agonist, isoproterenol reversed the lesion-induced attenuation of neophobia but not to a statistically significant degree. Isoproterenol increased neophobia in sham animals. Forskolin, an adenylate cyclase activator, mimicked the effects of NE infusion by significantly reversing the lesion-induced attenuation of neophobia, while increasing neophobia in sham animals. These results suggest that increased release of NE during stress increases neophobia in part by stimulating beta adrenoceptors which activate adenylate cyclase. ^

Multiple site phosphorylation of tyrosine hydroxylase: A potential role for protein kinase C in the regulation of catecholamine synthesis

Tyrosine hydroxylase (TH), the initial and rate limiting enzyme in the catecholaminergic biosynthetic pathway, is phosphorylated on multiple serine residues by multiple protein kinases. Although it has been demonstrated that many protein kinases are capable of phosphorylating and activating TH in vitro, it is less clear which protein kinases participate in the physiological regulation of catecholamine synthesis in situ. These studies were designed to determine if protein kinase C (PK-C) plays such a regulatory role.^ Stimulation of intact bovine adrenal chromaffin cells with phorbol esters results in stimulation of catecholamine synthesis, tyrosine hydroxylase phosphorylation and activation. These responses are both time and concentration dependent, and are specific for those phorbol ester analogues which activate PK-C. RP-HPLC analysis of TH tryptic phosphopeptides indicate that PK-C phosphorylates TH on three putative sites. One of these (pepetide 6) is the same as that phosphorylated by both cAMP-dependent protein kinase (PK-A) and calcium/calmodulin-dependent protein kinase (CaM-K). However, two of these sites (peptides 4 and 7) are unique, and, to date, have not been shown to be phosphorylated by any other protein kinase. These peptides correspond to those which are phosphorylated with a slow time course in response to stimulation of chromaffin cells with the natural agonist acetylcholine. The activation of TH produced by PK-C is most closely correlated with the phosphorylation of peptide 6. But, as evident from pH profiles of tyrosine hydroxylase activity, phosphorylation of peptides 4 and 7 affect the expression of the activation produced by phosphorylation of peptide 6.^ These data support a role for PK-C in the control of TH activity, and suggest a two stage model for the physiological regulation of catecholamine synthesis by phosphorylation in response to cholinergic stimulation. An initial fast response, which appears to be mediated by CaM-K, and a slower, sustained response which appears to be mediated by PK-C. In addition, the multiple site phosphorylation of TH provides a mechanism whereby the regulation of catecholamine synthesis appears to be under the control of multiple protein kinases, and allows for the convergence of multiple, diverse physiological and biochemical signals. ^

Metabolism and action of 9-$\beta$-D-arabinofuranosyl-2-fluoroadenine

9-$\beta$-D-arabinofuranosyl-2-fluoroadenine (F-ara-A) is an analogue of adenosine and 2$\sp\prime$-deoxyadenosine with potent antitumor activity both in vitro and in vivo. The mechanism of action of F-ara-A was evaluated both in whole cells and in experimental systems with purified enzymes. F-ara-A was converted to its 5$\sp\prime$-triphosphate F-ara-ATP in cells and then incorporated into DNA in a self-limiting manner. About 98% of the incorporated F-ara-AMP residues were located at the 3$\sp\prime$-termini of DNA strands, suggesting a chain termination property of this compound. DNA synthesis in CEM cells was inhibited by F-ara-A treatment with an IC$\sb{50}$ value of 1 $\mu$M. Cells were not able to restore the normal level of DNA synthesis even after being cultured in drug-free medium for 40 h. A DNA primer extension assay with M13mp18(+) single-stranded DNA template using purified human DNA polymerases $\alpha$ and further revealed that F-ara-ATP competed with dATP for incorporation into the A sites of the elongating DNA strands. The incorporation of F-ara-AMP into DNA resulted in a termination of DNA synthesis at the incorporated A sites. Pol $\alpha$ and $\delta$ were not able to efficiently extend the DNA primer with F-ara-AMP at its 3$\sp\prime$-end. Furthermore, the presence of F-ara-AMP at the 3$\sp\prime$-end of an oligodeoxyribonucleotide impaired its ligation with an adjacent DNA fragment by human and T4 ligases. Human DNA polymerase $\alpha$ incorporated more F-ara-AMP into DNA than polymerase $\delta$ and was more sensitive to the inhibition by F-ara-ATP, suggesting that polymerase $\alpha$ may be a preferred target for this analogue. On the other hand, DNA-dependent nucleotide turnover experiments and sequencing gel analysis demonstrated that DNA polymerase $\delta$ was able to remove the incorporated F-ara-AMP residue from the 3$\sp\prime$-end of the DNA strand with its 3$\sp\prime$-5$\sp\prime$ exonuclease activity in vitro, subsequently permitting further elongation of the DNA strand.^ The incorporation of F-ara-AMP into DNA was linearly correlated both with the inhibition of DNA synthesis and with the loss of clonogenicity. Termination of DNA synthesis and deletion of genetic material resulted from F-ara-AMP incorporation may be the mechanism responsible for cytotoxicity of F-ara-A. (Abstract shortened with permission of author.) ^