Electron Transfer and Ligand Binding Properties of Cytochromes

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

Characterization of mannose-binding lectin plasma levels and genetic polymorphisms in HIV-1-infected individuals

INTRODUCTION: The present study investigated the association between mannose-binding lectin (MBL) gene polymorphism and serum levels with infection by HIV-1. METHODS: Blood samples (5mL) were collected from 97 HIV-1-infected individuals resident in Belém, State of Pará, Brazil, who attended the Special Outpatient Unit for Infections and Parasitic Diseases (URE-DIPE). CD4+ T-lymphocyte count and plasma viral load were quantified. A 349bp fragment of exon 1 of the MBL was amplified via PCR, using genomic DNA extracted from controls and HIV-1-infected individuals, following established protocols. MBL plasma levels of the patients were quantified using an enzyme immunoassay kit. RESULTS: Two alleles were observed: MBL*O, with a frequency of 26.3% in HIV-1-infected individuals; and the wild allele MBL*A (73.7%). Similar frequencies were observed in the control group (p > 0.05). Genotype frequencies were distributed according to the Hardy-Weinberg equilibrium in both groups. Mean MBL plasma levels varied by genotype, with statistically significant differences between the AA and AO (p < 0.0001), and AA and OO (p < 0.001) genotypes, but not AO and OO (p = 0.17). Additionally, CD4+ T-lymphocytes and plasma viral load levels did not differ significantly by genotype (p > 0.05). CONCLUSIONS: The results of this study do not support the hypothesis that MBL gene polymorphism or low plasma MBL concentrations might have a direct influence on HIV-1 infection, although a broader study involving a large number of patients is needed.

Aptamers binding to Bradykinin

Bradykinin is a peptide of the kinin group, involved in a number of receptor-mediated physiological actions, including inflammation and vasodilation, as well as neuromodulation, neuroprotection and promotion of neurogenesis. Bradykinin is the main ligand of the B2 receptor- the main kinin receptor- which is involved in the cardiac and renal protective effects of kinins in diseases. Antibodies have been considered for a long time as promising therapeutic agents in various fields, especially cancer-related ones. Aptamers, on the other hand, have proven to be an excellent alterative, since they have similar properties to those of monoclonal antibodies, such a high-specificity of recognition and high-affinity binding. Plus, they are developed using in vitro selection procedures and can be reproduced by enzymatic reactions. SELEX is a powerful tool for the development of both DNA and RNA aptamers. The main goal of this project was to design a method to select aptamers against bradykinin using capillary electrophoresis alongside the SELEX technique. The selection was done by comparing the aptamers’ (ssDNA-target complex) electrophoretic mobility with that of the ssDNA and the target, which allowed us to define an appropriate collection window that took into consideration the analytes’ detection time, thus enabling the collection of the desired oligonucleotides. After two selection rounds, the collected pool was sequenced, the affinity was measured and the aptamers’ secondary structure was predicted. We concluded that with only two selection cycles, the original DNA library’s bulk affinity grew around 0.4%. The structural characterization of the aptamers, performed with the aid of the Mfold software, revealed that there are many repetitive motifs amongst them, indicating that the selection process was successful. We have obtained 16 sequences of candidate aptamers as bradykinin ligands of similar sequences and secondary structures whose biological activity should be analyzed after synthesis; mainly in regard to their role as bradykinin inhibitors.

Evaluation of the cytokine mannose-binding lectin as a mediator of periportal fibrosis progression in patients with schistosomiasis

INTRODUCTION : We hypothesized higher mannose-binding lectin level and classic factors (i.e., age, sex, alcohol consumption, exposure, and specific treatment) are associated with the severity of periportal fibrosis in schistosomiasis. METHODS : This cross-sectional study involved 79 patients infected with Schistosoma mansoni with severe or mild/moderate periportal fibrosis. Serum concentrations of mannose-binding lectin were obtained by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). RESULTS: Higher serum level of mannose-binding lectin was significantly associated with advanced periportal fibrosis. CONCLUSIONS: Mannose-binding lectin may contribute to liver pathology in schistosomiasis and may represent a risk factor for advanced periportal fibrosis in the Brazilian population studied.

Study of in vivo interactions between penicillin-binding proteins of Staphylococcus aureus

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a major human pathogen that has acquired resistance to practically all classes of β-lactam antibiotics, being responsible of Multidrug resistant S. aureus (MRSA) associated infections both in healthcare (HA-MRSA) and community settings (CA-MRSA). The emergence of laboratory strains with high-resistance (VRSA) to the last resort antibiotic, vancomycin, is a warning of what is to come in clinical strains. Penicillin binding proteins (PBPs) target β-lactams and are responsible for catalyzing the last steps of synthesis of the main component of cell wall, peptidoglycan. As in Escherichia coli, it is suggested that S. aureus uses a multi-protein complex that carries out cell wall synthesis. In the presence of β-lactams, PBP2A and PBP2 perform a joint action to build the cell wall and allow cell survival. Likewise, PBP2 cooperates with PBP4 in cell wall cross-linking. However, an actual interaction between PBP2 and PBP4 and the location of such interaction has not yet been determined. Therefore, investigation of the existence of a PBP2-PBP4 interaction and its location(s) in vivo is of great interest, as it should provide new insights into the function of the cell wall synthesis machinery in S. aureus. The aim of this work was to develop Split-GFPP7 system to determine interactions between PBP2 and PBP4. GFPP7 was split in a strategic site and fused to proteins of interest. When each GFPP7 fragment, fused to proteins, was expressed alone in staphylococcal cells, no fluorescence was detectable. When GFPP7 fragments fused to different peptidoglycan synthesis (PBP2 and PBP4) or cell division (FtsZ and EzrA) proteins were co-expressed together, fluorescent fusions were localized to the septum. However, further analysis revealed that this positive result is mediated by GFPP7 self-association. We then interpret the results in light of such event and provide insights into ways of improving this system.

Invasive enteritis by Strongyloides stercoralis presenting as acute abdominal distress under corticosteroid therapy

Overwhelming helminthiasis is still a problem in endemic areas, especially in immunocompromised patients. We report a case of invasive intestinal strongyloidiasis that was clinically expressed as acute abdominal distress in a 73-year-old man from São Paulo who had been receiving methylprednisone, 20 mg/day, for one year for osteoarthritis. A surgical specimen from the ileum revealed invasive enteritis with severe infestation by Strongyloides stercoralis. The patient died of sepsis 6 days after surgery. The possibility of invasive strongyloidiasis should be considered in the differential diagnosis of acute abdominal distress in patients undergoing immunosuppressive therapy.

Synaptic plasticity in mature cultured hippocampal-entorhinal cortex slices : activity-dependent regulation of cAMP response-element binding protein

LTP, synaptic plasticity, hippocampus, organotypic cultures, CREB

Towards flexible feature composition : static and dynamic binding in software product lines

Magdeburg, Univ., Fak. für Informatik, Diss., 2011

Characteristics of the P2Y 11 nucleotide receptor : ligand binding characteristics and P2Y 11-P2Y 1 receptor

Purinergic receptors, nucleotides, P2Y, diastereoselectivity, potency, mutagenesis, ligand recognition, heterooligomerization, endocytosis, co-pulldown

Molecular dynamics of the neuronal Ca 2+ -binding proteins Caldendrin and Calneurons

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2009

Konstruktion einer nicht-IGF-bindenden Insulin-like Growth Factor Binding Protein-2-Variante und Untersuchung ihrer Wirkung auf das Tumorzellwachstum

Magdeburg, Univ., Medizin. Fakultät, Diss., 2008

Studies on the relationship between lectin binding carbohydrates and different strains of Leishmania from the New World

The culture forms of L. mexicana pifanoi (LRC L-90), L. mexicana mexicana (LRC L-94, M-379); L. braziliensis braziliensis (LRC L-77, L-1, M-2903, H-LSS) and L. mexicana amazonensis (H-JMMO, M-JOF, H-21, H-PLL,M-1696) were tested with the following lectins: Canavalia ensiformis, Ricinus communis-120, Axinella polypoides, Phaseolus vulgaris, Evonymus europaeus, lotus tetragonolobus, Dolichos biflorus, Aaptos papillata II, Laburnum alpinum, Ulex europaeus, Arachis hypogaea and Soja hispida. All examined strains of Leishmania were agglutinated by C. ensiformis, R. communis-120 and A. popypoides. No agglutination reactions were observed with P. vulgaris, D.biflorus, A. papillata II, E. europaeus and L. tetragonolobus. Only L. m. pifanoi and the L. m. amazonensis strains H-JMMO and MJOF showed agglutination reactions with S. hispida, U. europaeus, L. alpinum and A. hypogaea, while L. m. mexicana (LRC L-94; M-379) strains, L. b. braziliensis H. LSS, LRC L-77; L-1; M-2903 and the L. m. amazonensis strains, H-PLL, H-21, M-1696 showed no agglutination reactions with these four lectins.

A simple method for assessing the binding of concanavalin A to mononuclear cell surfaces: no interference of visceral leishmaniasis serum on this binding

We report a simple method for evaluating the binding of concanavalin A (ConA) to human peripheral blood mononuclear cells (PBMC). The binding is evidenced by an immunoenzymic assay using peroxidase-conjugated immunoglobulins of a rabbit anti-ConA serum. Using the method we show that sera from patients with American leishmaniasis do not interfere with binding of ConA to PBMC.

Regulatory RNA binding molecules : implication for diabetes pathogenesis

Le glucose est notre principale source d'énergie. Après un repas, le taux de glucose dans le sang (glycémie) augmente, ce qui entraine la sécrétion d'insuline. L'insuline est une hormone synthétisée au niveau du pancréas par des cellules dites bêta. Elle agit sur différents organes tels que les muscles, le foie ou le tissu adipeux, induisant ainsi le stockage du glucose en vue d'une utilisation future.¦Le diabète est une maladie caractérisée par un taux élevé de glucose dans le sang (hyperglycémie), résultant d'une incapacité de notre corps à utiliser ou à produire suffisamment d'insuline. A long terme, cette hyperglycémie entraîne une détérioration du système cardio-vasculaire ainsi que de nombreuses complications. On distingue principalement deux type de diabète : le diabète de type 1 et le diabète de type 2, le plus fréquent (environ 90% des cas). Bien que ces deux maladies diffèrent sur beaucoup de points, elles partagent quelques similitudes. D'une part, on décèle une diminution de la quantité de cellules bêta. Cette diminution est cependant partielle dans le cas d'un diabète de type 2, et totale dans celui d'un diabète de type 1. D'autre part, la présence dans la circulation de médiateurs de l'inflammation nommés cytokines est décelée aussi bien chez les patients de type 1 que de type 2. Les cytokines sont sécrétées lors d'une inflammation. Elles servent de moyen de communication entre les différents acteurs de l'inflammation et ont pour certaines un effet néfaste sur la survie des cellules bêta.¦L'objectif principal de ma thèse a été d'étudier en détail l'effet de petites molécules régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs. Basé sur le fait que de nombreuses publications ont démontré que les microARNs étaient impliqués dans différentes maladies telles que le cancer, j'ai émis l'hypothèse qu'ils pouvaient également jouer un rôle important dans le développement du diabète.¦Nous avons commencé par mettre des cellules bêta en culture en présence de cytokines, imitant ainsi un environnement inflammatoire. Nous avons pu de ce fait identifier les microARNs dont les niveaux d'expression étaient modifiés. A l'aide de méthodes biochimiques, nous avons ensuite observé que la modulation de certains microARNs par les cytokines avaient des effets néfastes sur la cellule bêta : sur sa production et sa sécrétion d'insuline, ainsi que sur sa mort (apoptose). Nous avons en conséquence pu démontrer que ces petites molécules avaient un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta induit par les cytokines, aboutissant au développement du diabète.¦-¦La cellule bêta pancréatique est une cellule endocrine présente dans les îlots de Langerhans, dans le pancréas. L'insuline, une hormone sécrétée par ces cellules, joue un rôle essentiel dans la régulation de la glycémie. Le diabète se développe si le taux d'insuline relâché par les cellules bêta n'est pas suffisant pour couvrir les besoins métaboliques corporels. Le diabète de type 1, qui représente environ 5 à 10% des cas, est une maladie auto-immune qui se caractérise par une réaction inflammatoire déclenchée par notre système immunitaire envers les cellules bêta. La conséquence de cette attaque est une disparition progressive des cellules bêta. Le diabète de type 2 est, quant à lui, largement plus répandu puisqu'il représente environ 90% des cas. Des facteurs à la fois génétiques et environnementaux sont responsables d'une diminution de la sensibilité des tissus métabolisant l'insuline, ainsi que d'une réduction de la sécrétion de l'insuline par les cellules bêta, ce qui a pour conséquence le développement de la maladie. Malgré les différences entre ces deux types de diabète, ils ont pour points communs la présence d'infiltrat immunitaire et la diminution de l'état fonctionnel des cellules bêta.¦Une meilleure compréhension des mécanismes aboutissant à l'altération de la cellule bêta est primordiale, avant de pouvoir développer de nouvelles stratégies thérapeutiques capables de guérir cette maladie. Durant ma thèse, j'ai donc étudié l'implication de petites molécules d'ARN, régulatrices de l'expression génique, appelées microARNs, dans les conditions physiopathologiques qui aboutissent au développement du diabète. J'ai débuté mon étude par l'identification de microARNs dont le niveau d'expression était modifié lorsque les cellules bêta étaient exposées à des conditions favorisant à la fois le développement du diabète de type 1 (cytokines) et celui du diabète de type 2 (palmitate). Nous avons découvert qu'une modification de l'expression des miR-21, -34a et -146a était commune aux deux traitements. Ces changements d'expressions ont également été confirmés dans deux modèles animaux : les souris NOD qui développent un diabète s'apparentant au diabète de type 1 et les souris db/db qui développent plutôt un diabète de type 2. Puis, à l'aide de puces à ADN, nous avons comparé l'expression de microARNs chez des souris NOD pré-diabétiques. Nous avons alors retrouvé des changements au niveau de l'expression des mêmes microARNs mais également au niveau d'une famille de microARNs : les miR-29a, -29b et -29c. De manière artificielle, nous avons ensuite surexprimé ou inhibé en conditions physiopathologiques l'expression de tous ces microARNs et nous nous sommes intéressés à l'impact d'un tel changement sur différentes fonctions de la cellule bêta comme la synthèse et la sécrétion d'insulinè ainsi que leur survie. Nous avons ainsi pu démontrer que les miR-21, -34a, -29a, -29b, -29c avaient un effet délétère sur la sécrétion d'insuline et que la surexpression de tous ces microARNs (excepté le miR-21) favorisait la mort. Finalement, nous avons démontré que la plupart de ces microARNs étaient impliqués dans la régulation d'importantes voies de signalisation responsables de l'apoptose des cellules bêta telles que les voies de NFKB, BCL2 ou encore JNK.¦Par conséquent, nos résultats démontrent que les microARNs ont un rôle important à jouer dans le dysfonctionnement des cellules bêta lors de la mise en place du diabète.