Analysis of Histone Deacetylase 7 (HDAC7) Alternative Splicing and Its Role in Embryonic Stem Cell Differentiation Toward Smooth Muscle Lineage

Histone deacetylases (HDACs) have a central role in the regulation of gene expression, which undergoes alternative splicing during embryonic stem cell (ES) cell differentiation. Alternative splicing gives rise to vast diversity over gene information, arousing public concerns in the last decade. In this chapter, we describe a strategy to detect HDAC7 alternative splicing and analyze its function on ES cell differentiation.

Molecular and Functional Characterization of Histone Derived Antimicrobial Peptides from Marine Organisms

Antimicrobial peptides (AMPs) are gene encoded, small sized, generally cationic, amphiphathic peptides characterized by antimicrobial activity against bacteria, fungi, viruses and other pathogens. They are a major component of the innate immune defense system of almost all living organisms, ranging from bacteria to humans and represent the first line of defense against the invading microbial pathogens (Boman, 1995; Zasloff, 2002). Antimicrobial peptides represent a heterogeneous group displaying multiple modes of action that are determined by the sequence and concentration of peptides. Their remarkable specificity for prokaryotes with low toxicity for eukaryotic cells has favored their investigation and exploitation as new antibiotics

Étude de l'influence du variant d'histone H2A.Z sur l'organisation des nucléosomes aux enhancers liés par le récepteur alpha de l'oestrogène

L'identité et la réactivité cellulaires sont établies, maintenues et modulées grâce à l'orchestration de programmes transcriptionnels spécifiques. Les éléments régulateurs, des régions particulières de la chromatine responsables de l'activation ou de la répression des gènes, sont au coeur de cette opération. Ces dernières années, de nombreuses études ont révélé le rôle central des « enhancers » dans ce processus. En effet, des centaines de milliers « enhancers » seraient éparpillés dans le génome humain, majoritairement dans sa portion non-codante, et contrairement au promoteur, leur activation varierait selon le type ou l'état cellulaire ou en réponse à une stimulation physiologique, pathologique ou environnementale. Les « enhancers » sont, en quelque sorte, des carrefours où transitent une multitude de protéines régulées par les signaux intra- et extra-cellulaires et un dialogue s'établit entre ces diverses protéines et la chromatine. L'identification des « enhancers ainsi qu'une compréhension de leur mode de fonctionnement sont donc cruciales, tant au plan fondamental que clinique. La chromatine joue un rôle indéniable dans l'activité des éléments régulateurs, tant par sa composition que par sa structure, en régulant, entre autres, l'accessibilité de l'ADN. En effet, l'ADN des régions régulatrices est bien souvent masqué par un nucléosome occlusif, lequel doit être déplacé ou évincé afin de permettre la liaison des protéines régulatrices, notamment les facteurs de transcription (FTs). Toutefois, la contribution de la composition de la chromatine à ce processus reste incomprise. Le variant d'histone H2A.Z a été identifié comme une composante de la chromatine aux régions accessibles, dont des « enhancers » potentiels. Toutefois son rôle y est inconnu, bien que des études récentes suggèrent qu'il pourrait jouer un rôle important dans la structure de la chromatine à ces régions. Par ailleurs, un lien étroit existe entre H2A.Z et la voie de signalisation des oestrogènes (notamment la 17-[beta]-estradiol (E2)). Ainsi, H2A.Z est essentiel à l'expression de plusieurs gènes cibles de l'E2. Les effets de l'E2 sont en partie exercés par un FT, le récepteur alpha des oestrogènes (ER[alpha]), lequel se lie à l'ADN suite à son activation, et ce majoritairement à des « enhancers », et permet l'établissement d'un programme transcriptionnel spécifique. Cette thèse vise à définir le rôle d'H2A.Z aux « enhancers », et plus particulièrement son influence sur l'organisation des nucléosomes aux « enhancers » liés par ER[alpha]. D'abord, mes travaux effectués à l'échelle du génome ont démontré qu'H2A.Z n'est présent qu'à certains ER[alpha]-« enhancers » actifs. Cette particularité a fait en sorte que nous avons pu comparer directement les « enhancers » actifs occupés par H2A.Z à ceux non-occupés, afin de mettre en évidence sa relation à l'environnement chromatinien. Étonnamment, il est apparu qu'H2A.Z n'introduit pas une organisation unique ou particulière des nucléosomes aux « enhancers ». Par ailleurs, nos résultats montrent qu'H2A.Z joue un rôle crucial dans la régulation de l'activité des « enhancers ». En effet, nous avons observé que suite à leur activation par l'E2, les « enhancers » occupés par H2A.Z recrutent l'ARN polymérase II (ARNPII) et produisent un transcrit. Ils recrutent également RAD21, une composante du complexe cohésine impliqué, entre autres, dans des interactions chromosomiques entre « enhancers » et promoteurs. De façon intéressante, nous avons mis en évidence que ces trois évènements, connus pour leur importance dans l'activité des « enhancers », sont dépendants d'H2A.Z. Ainsi, la présence d'H2A.Z à l' « enhancer » pourrait permettre un environnement chromatinien favorable à trois aspects clés de l'activité des « enhancers » : la présence de l'ARNPII, la transcription et la formation d'une boucle d'interaction, et par la suite, de par la proximité « enhancer »-promoteur ainsi créée, augmenter la concentration d'ARNPII à proximité du promoteur favorisant l'expression du gène cible. Un tel rôle central d'H2A.Z dans l'activité d' « enhancers » spécifiques pourrait participer à un mécanisme épigénétique ciblé de la régulation de l'expression des gènes.

Rescue of impaired fear extinction : role of dopaminergic signaling and histone acetylation

submitted by Verena Felizitas Maurer

L'acide valproïque inhibe la progression dans le cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae

L’acétylation est une modification post-traductionnelle des protéines essentielles. Elle est impliquée dans bon nombre de processus cellulaires importants comme la régulation de la structure de la chromatine et le recrutement de protéines. Deux groupes d’enzymes, soient les lysines acétyltransférases et les lysines désacétylases, régulent cette modification, autant sur les histones que sur les autres protéines. Au cours des dernières années, de petites molécules inhibitrices des désacétylases ont été découvertes. Certaines d’entre elles semblent prometteuses contre diverses maladies telles le cancer. L’acide valproïque, un inhibiteur de deux des trois classes des désacétylases, a un effet antiprolifératif chez plusieurs organismes modèles. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à cet effet restent encore méconnus. Ce mémoire met en lumière l’effet pH dépendant de l’acide valproïque sur différentes voies cellulaires importantes chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Il démontre que ce composé a la capacité d’inhiber la transition entre les phases G1 et S par son action sur l’expression des cyclines de la phase G1. De plus, il inhibe l’activation de la kinase principale de la voie activée suite à un stress à la paroi cellulaire. L’acide valproïque occasionne également un arrêt dans la réplication de l’ADN sans y causer de dommage. Il s’agit là d’un effet unique qui, à notre connaissance, n’est pas observable avec d’autres agents qui inhibent la progression en phase S.

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

L'acide valproïque inhibe la progression dans le cycle cellulaire chez Saccharomyces cerevisiae

L’acétylation est une modification post-traductionnelle des protéines essentielles. Elle est impliquée dans bon nombre de processus cellulaires importants comme la régulation de la structure de la chromatine et le recrutement de protéines. Deux groupes d’enzymes, soient les lysines acétyltransférases et les lysines désacétylases, régulent cette modification, autant sur les histones que sur les autres protéines. Au cours des dernières années, de petites molécules inhibitrices des désacétylases ont été découvertes. Certaines d’entre elles semblent prometteuses contre diverses maladies telles le cancer. L’acide valproïque, un inhibiteur de deux des trois classes des désacétylases, a un effet antiprolifératif chez plusieurs organismes modèles. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à cet effet restent encore méconnus. Ce mémoire met en lumière l’effet pH dépendant de l’acide valproïque sur différentes voies cellulaires importantes chez la levure Saccharomyces cerevisiae. Il démontre que ce composé a la capacité d’inhiber la transition entre les phases G1 et S par son action sur l’expression des cyclines de la phase G1. De plus, il inhibe l’activation de la kinase principale de la voie activée suite à un stress à la paroi cellulaire. L’acide valproïque occasionne également un arrêt dans la réplication de l’ADN sans y causer de dommage. Il s’agit là d’un effet unique qui, à notre connaissance, n’est pas observable avec d’autres agents qui inhibent la progression en phase S.

Proscillaridin A effects on histone acetylation and C-MYC degradation in acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) représente environ 25% des cancers pédiatriques diagnostiqués chaque année. Dans 80 % des cas, une rémission complète est observée. Cependant, les patients résistants aux traitements ainsi que les patients en rechute présentent un mauvais pronostique. Les altérations épigénétiques sont des facteurs essentiels dans le développement et la progression de la maladie, ainsi qu’à la résistance aux traitements. Lors d’un criblage de médicaments approuvés par la FDA, nous avons découvert des molécules ayant des caractéristiques anticancéreux et épigénétiques. Pour évaluer l’activité de ces molécules, nous avons procédé à un criblage secondaire sur plusieurs lignées cellulaires leucémiques. Nous avons découvert qu’une de ces molécules, un glucoside cardiotonique appelé la proscillaridine A, avait une activité anticancéreuse spécifique pour des cellules leucémiques. Nous faisons donc l’hypothèse que la proscillaridine A pourrait avoir des effets épigénétiques et anticancéreux dans des modèles précliniques de LLA. Pour tester cette hypothèse, nous avons traité deux lignées cellulaires de LLA Nalm-6 (LLA pre-B) et Molt-4 (T-LLA) in vitro pendant 2 à 96 heures à des doses pertinentes sur le plan clinique. Nous avons alors pu observer une inhibition de croissance qui était dépendante de la dose administrée dans les deux lignées cellulaires, avec des valeurs de 50% d’inhibition de croissance (CI50) de 3.0 nM pour les Nalm-6 et de et 2.3 nM pour les Molt-4. De plus, nos études sur le cycle cellulaire par BrdU démontrent un arrêt en phase G2/M. Nous avons également détecté par immunobuvardage de type western des baisses significatives de l’acétylation de résidus de l’histone 3. Les niveaux d’expression des enzymes responsables de cette acétylation, les histones acétyltransférases CBP, P300 et TIP60 ainsi que de l’oncogène C-MYC étaient également diminuées. Par des analyses de séquençage de l’ARN, nous avons observé une augmentation de l’expression des gènes impliquées dans les processus d’apoptose et de différentiation cellulaire, ainsi qu’une diminution des gènes impliqués dans la prolifération cellulaire comme en particulier les gènes cibles de C-MYC. Ces résultats prometteurs suggèrent le potentiel prometteur de la proscillaridine A comme nouvelle thérapie pour les patients atteints de LLA.

Changes In Chromatin Structure In Nih 3t3 Cells Induced By Valproic Acid And Trichostatin A.

Valproic acid (VPA) and trichostatin A (TSA) are known histone deacetylase inhibitors (HDACIs) with epigenetic activity that affect chromatin supra-organization, nuclear architecture, and cellular proliferation, particularly in tumor cells. In this study, chromatin remodeling with effects extending to heterochromatic areas was investigated by image analysis in non-transformed NIH 3T3 cells treated for different periods with different doses of VPA and TSA under conditions that indicated no loss of cell viability. Image analysis revealed chromatin decondensation that affected not only euchromatin but also heterochromatin, concomitant with a decreased activity of histone deacetylases and a general increase in histone H3 acetylation. Heterochromatin protein 1-α (HP1-α), identified immunocytochemically, was depleted from the pericentromeric heterochromatin following exposure to both HDACIs. Drastic changes affecting cell proliferation and micronucleation but not alteration in CCND2 expression and in ratios of Bcl-2/Bax expression and cell death occurred following a 48-h exposure of the NIH 3T3 cells particularly in response to higher doses of VPA. Our results demonstrated that even low doses of VPA (0.05 mM) and TSA (10 ng/ml) treatments for 1 h can affect chromatin structure, including that of the heterochromatin areas, in non-transformed cells. HP1-α depletion, probably related to histone demethylation at H3K9me3, in addition to the effect of VPA and TSA on histone H3 acetylation, is induced on NIH 3T3 cells. Despite these facts, alterations in cell proliferation and micronucleation, possibly depending on mitotic spindle defects, require a longer exposure to higher doses of VPA and TSA.

Changes In Liver Cell Dna Methylation Status In Diabetic Mice Affect Its Ft-ir Characteristics.

Lower levels of cytosine methylation have been found in the liver cell DNA from non-obese diabetic (NOD) mice under hyperglycemic conditions. Because the Fourier transform-infrared (FT-IR) profiles of dry DNA samples are differently affected by DNA base composition, single-stranded form and histone binding, it is expected that the methylation status in the DNA could also affect its FT-IR profile. The DNA FT-IR signatures obtained from the liver cell nuclei of hyperglycemic and normoglycemic NOD mice of the same age were compared. Dried DNA samples were examined in an IR microspectroscope equipped with an all-reflecting objective (ARO) and adequate software. Changes in DNA cytosine methylation levels induced by hyperglycemia in mouse liver cells produced changes in the respective DNA FT-IR profiles, revealing modifications to the vibrational intensities and frequencies of several chemical markers, including νas -CH3 stretching vibrations in the 5-methylcytosine methyl group. A smaller band area reflecting lower energy absorbed in the DNA was found in the hyperglycemic mice and assumed to be related to the lower levels of -CH3 groups. Other spectral differences were found at 1700-1500 cm(-1) and in the fingerprint region, and a slight change in the DNA conformation at the lower DNA methylation levels was suggested for the hyperglycemic mice. The changes that affect cytosine methylation levels certainly affect the DNA-protein interactions and, consequently, gene expression in liver cells from the hyperglycemic NOD mice.

Gut Bacteria Products Prevent Aki Induced By Ischemia-reperfusion.

Short-chain fatty acids (SCFAs) are fermentation end products produced by the intestinal microbiota and have anti-inflammatory and histone deacetylase-inhibiting properties. Recently, a dual relationship between the intestine and kidneys has been unraveled. Therefore, we evaluated the role of SCFA in an AKI model in which the inflammatory process has a detrimental role. We observed that therapy with the three main SCFAs (acetate, propionate, and butyrate) improved renal dysfunction caused by injury. This protection was associated with low levels of local and systemic inflammation, oxidative cellular stress, cell infiltration/activation, and apoptosis. However, it was also associated with an increase in autophagy. Moreover, SCFAs inhibited histone deacetylase activity and modulated the expression levels of enzymes involved in chromatin modification. In vitro analyses showed that SCFAs modulated the inflammatory process, decreasing the maturation of dendritic cells and inhibiting the capacity of these cells to induce CD4(+) and CD8(+) T cell proliferation. Furthermore, SCFAs ameliorated the effects of hypoxia in kidney epithelial cells by improving mitochondrial biogenesis. Notably, mice treated with acetate-producing bacteria also had better outcomes after AKI. Thus, we demonstrate that SCFAs improve organ function and viability after an injury through modulation of the inflammatory process, most likely via epigenetic modification.

Evaluation of muscle strength and motor abilities in children with type II and III spinal muscle atrophy treated with valproic acid

Background: Spinal muscular atrophy (SMA) is an autosomal recessive disorder that affects the motoneurons of the spinal anterior horn, resulting in hypotonia and muscle weakness. The disease is caused by deletion or mutation in the telomeric copy of SMN gene (SMN1) and clinical severity is in part determined by the copy number of the centromeric copy of the SMN gene (SMN2). The SMN2 mRNA lacks exon 7, resulting in a production of lower amounts of the full-length SMN protein. Knowledge of the molecular mechanism of diseases has led to the discovery of drugs capable of increasing SMN protein level through activation of SMN2 gene. One of these drugs is the valproic acid (VPA), a histone deacetylase inhibitor. Methods: Twenty-two patients with type II and III SMA, aged between 2 and 18 years, were treated with VPA and were evaluated five times during a one-year period using the Manual Muscle Test (Medical Research Council scale-MRC), the Hammersmith Functional Motor Scale (HFMS), and the Barthel Index. Results: After 12 months of therapy, the patients did not gain muscle strength. The group of children with SMA type II presented a significant gain in HFMS scores during the treatment. This improvement was not observed in the group of type III patients. The analysis of the HFMS scores during the treatment period in the groups of patients younger and older than 6 years of age did not show any significant result. There was an improvement of the daily activities at the end of the VPA treatment period. Conclusion: Treatment of SMA patients with VPA may be a potential alternative to alleviate the progression of the disease.

Acute, subacute toxicity and mutagenic effects of anacardic acids from cashew (Anacardium occidentale Linn.) in mice

Aim of the study: Anacardium occidentale Linn. (cashew) is a Brazilian plant that is usually consumed in natura and is used in folk medicine. Anacardic acids (AAs) in the cashew nut shell liquid are biologically active as gastroprotectors, inhibitors of the activity of various deleterious enzymes, antitumor agents and antioxidants. Yet, there are no reports of toxicity testing to guarantee their use in vivo models. Materials and methods: We evaluated AAs biosafety by measuring the acute, subacute and mutagenic effects of AAs administration in BALB/c mice. In acute tests, BALB/c mice received a single oral dose of 2000 mg/kg, whereas animals in subacute tests received 300, 600 and 1000 mg/kg for 30 days. Hematological, biochemical and histological analyses were performed in all animals. Mutagenicity was measured with the acute micronucleus test 24 h after oral administration of 250 mg/kg AAs. Results: Our results showed that the AAs acute minimum lethal dose in BALB/c mice is higher than 2000 mg/kg since this concentration did not produce any symptoms. In subacute tests, females which received the highest doses (600 or 1000 mg/kg) were more susceptible, which was seen by slightly decreased hematocrit and hemoglobin levels coupled with a moderate increase in urea. Anacardic acids did not produce any mutagenic effects. Conclusions: The data indicate that doses less than 300 mg/kg did not produce biochemical and hematological alterations in BALB/c mice. Additional studies must be conducted to investigate the pharmacological potential of this natural substance in order to ensure their safe use in vivo. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Antimicrobial compounds produced by Lactobacillus sakei subsp sakei 2a, a bacteriocinogenic strain isolated from a Brazilian meat product

Bacteriocins produced by lactic acid bacteria are gaining increased importance due to their activity against undesirable microorganisms in foods. In this study, a concentrated acid extract of a culture of Lactobacillus sakei subsp. sakei 2a, a bacteriocinogenic strain isolated from a Brazilian pork product, was purified by cation exchange and reversed-phase chromatographic methods. The amino acid sequences of the active antimicrobial compounds determined by Edman degradation were compared to known protein sequences using the BLAST-P software. Three different antimicrobial compounds were obtained, P1, P2 and P3, and mass spectrometry indicated molecular masses of 4.4, 6.8 and 9.5 kDa, respectively. P1 corresponds to classical sakacin P, P2 is identical to the 30S ribosomal protein S21 of L. sakei subsp. sakei 23 K, and P3 is identical to a histone-like DNA-binding protein HV produced by L. sakei subsp. sakei 23 K. Total genomic DNA was extracted and used as target DNA for PCR amplification of the genes sak, lis and his involved in the synthesis of P1, P2 and P3. The fragments were cloned in pET28b expression vector and the resulting plasmids transformed in E. coli KRX competent cells. The transformants were active against Listeria monocytogenes, indicating that the activity of the classical sakacin P produced by L. sakei 2a can be complemented by other antimicrobial proteins.

The role of xenobiotic metabolizing enzymes in arylamine toxicity and carcinogenesis: Functional and localization studies

In both animal models and humans, the first and obligatory step in the activation of arylamines is N-hydroxylation. This pathway is primarily mediated by the phase-I enzymes CYP1A1, CYP1A2 and CYP4B1. In the presence of flavonoids such as alpha-naphthoflavone and flavone, both CYP3A4 and CYP3A5 have also been shown to play a minor role in the activation of food-derived heterocyclic amines. The further activation of N-hydroxyarylamines by phase-II metabolism can involve both N,O-acetylation and N,O-sulfonation catalyzed by N-acetyltransferases (NAT1 and NAT2) and sulfotransferases, respectively. Using an array of techniques, we have been unable to detect constitutive CYP1A expression in any segments of the human gastrointestinal tract. This is in contrast to the rabbit where CYP1A1 protein was readily detectable on immunoblots in microsomes prepared from the small intestine. In humans, CYP3A3/3A4 expression was detectable in the esophagus and all segments of the small intestine. Northern blot analysis of eleven human colons showed considerable heterogeneity in CYP3A mRNA between individuals, with the presence of two mRNA species in same subjects. Employing the technique of hybridization histochemistry (also known as in situ hybridization), CYP4B1 expression was observed in some human colons but not in the liver or the small intestine. Hybridization histochemistry studies have also demonstrated variable NAT1 and NAT2 expression in the human gastrointestinal tract. NAT1 and NAT2 mRNA expression was detected in the human liver, small intestine, colon, esophagus, bladder, ureter, stomach and lung. Using a general aryl sulfotransferase riboprobe (HAST1), we have demonstrated marked sulfotransferase expression in the human colon, small intestine, lung, stomach and liver. These studies demonstrate that considerable variability exists in the expression of enzymes involved in the activation of aromatic amines in human tissues. The significance of these results in relation to a role for heterocyclic amines in colon cancer is discussed.