Clinical oxidative stress during leprosy multidrug therapy:impact of dapsone oxidation

This study aims to assess the oxidative stress in leprosy patients under multidrug therapy (MDT; dapsone, clofazimine and rifampicin), evaluating the nitric oxide (NO) concentration, catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) activities, glutathione (GSH) levels, total antioxidant capacity, lipid peroxidation, and methemoglobin formation. For this, we analyzed 23 leprosy patients and 20 healthy individuals from the Amazon region, Brazil, aged between 20 and 45 years. Blood sampling enabled the evaluation of leprosy patients prior to starting multidrug therapy (called MDT 0) and until the third month of multidrug therapy (MDT 3). With regard to dapsone (DDS) plasma levels, we showed that there was no statistical difference in drug plasma levels between multibacillary (0.518±0.029 μg/mL) and paucibacillary (0.662±0.123 μg/mL) patients. The methemoglobin levels and numbers of Heinz bodies were significantly enhanced after the third MDTsupervised dose, but this treatment did not significantly change the lipid peroxidation and NO levels in these leprosy patients. In addition, CAT activity was significantly reduced in MDT-treated leprosy patients, while GSH content was increased in these patients. However, SOD and Trolox equivalent antioxidant capacity levels were similar in patients with and without treatment. These data suggest that MDT can reduce the activity of some antioxidant enzyme and influence ROS accumulation, which may induce hematological changes, such as methemoglobinemia in patients with leprosy. We also explored some redox mechanisms associated with DDS and its main oxidative metabolite DDS-NHOH and we explored the possible binding of DDS to the active site of CYP2C19 with the aid of molecular modeling software. © 2014 Schalcher et al.

Redox Regulation of Ras Proteins in Dictyostelium discoideum

Reactive oxygen species are a normal consequence of life in an aerobic environment. However when they deviate from the narrow permissible range in cells, oxidative damage can occur. Dictyostelium discoideum is a model organism ideal for the study of cell signaling events such as those affected by oxidative stress. It was previously shown that Ras signaling in Dictyostelium is affected by genetic inactivation of the antioxidant enzyme Superoxide dismutase C (SodC) and in vitro data suggests that the NKCD motif of Ras is the redox target of superoxide. The main objective of this project was to determine the mechanism of superoxide mediated Ras regulation in vivo. To accomplish the main objective, we cloned, and in some cases, mutated different Ras proteins and later determined their activity in wild type and sodC- cells. RasC and RasD showed normal activation in sodC- cells, however RasG and RasS displayed high Ras activity. These last two Ras proteins contain the NKC118D motif inside the nucleotide binding region. A mutation of cysteine118 to alanine in RasG rendered the protein less active in sodC- than the wild type RasG protein and a mutation alanine118 to cysteine in RasD conferred redox sensitivity to this small GTPase. Additionally, the propensity of RasG to be targeted by superoxide was evident when the environment of wild type cells was manipulated to induce the internal generation of superoxide through changes in the extracellular ion levels mainly magnesium. Lack of magnesium ions increased the intracellular level of superoxide and severely hampered directional cell migration. Chemotaxis of cells expressing RasG was negatively impacted by the absence of magnesium ions; however rasG- cells did not seem to be affected in their ability to perform chemotaxis. The last experiment implies that RasG is an important mediator of cell signaling during oxidative stress, responsible for preventing cells from continuing their developmental program. Our study suggests that the cysteine residue in the NKCD motif is essential for mediating the redox sensitivity of Ras proteins in Dictyostelium and that RasG is an essential mediator of the response to oxidative stress in this organism.

Size, blood organochlorine pesticide concentrations and biochemical indicators measured in hawksbill sea turtles (Eretmochelys imbricata) nesting at Punta Xen (Campeche, Mexico) in August 2010

The impact of environmental pollution on the homeostasis of sea turtles remains scarce, particularly in the southern Gulf of Mexico. As many municipalities do not rely on a waste treatment plant along the coastline of the Yucatan Peninsula, the vulnerability of these specimens could results enhanced. We searched for relationships between presence of organochlorine pesticides (OCP) and the level of several oxidative and pollutant stress indicators of the hawksbill sea turtle (Eretmochelys imbricata) during the egg-laying period 2010 at Punta Xen (Campeche, Mexico). Endosulfans, aldrin related (aldrin, endrin, dieldrin, endrin ketone, endrin aldehyde) and dichlorodiphenyldichloroethylene (DDT) families were detected in 17, 21 and 26 of the 30 sampled sea turtles, respectively. Significant correlation existed between the size of sea turtles with the concentration of methoxychlor, cholinesterase activity in plasma and heptachlors family, and catalase activity and hexachlorohexane family. Cholinesterase activity in washed erythrocytes and lipid peroxidation were positively correlated with glutathione reductase activity. Antioxidant enzyme actions seem adequate as no lipids damages were correlated with any OCPs. Future studies are necessary to evaluate the effect of OCPs on males of the area because of the significant detection of methoxychlor that target endocrine functioning and increase its concentration with size of the sea turtles.

EXAMINATION OF VALPROIC ACID-INDUCED PERTURBATIONS TO DNA REPAIR, NF-ΚB SIGNALING AND CBP/P300 TRANSCRIPTIONAL CO-ACTIVATORS

Exposure to the antiepileptic drug valproic acid (VPA) is associated with an increased risk of congenital malformations including heart, skeletal and most frequently neural tube defects. Although the mechanisms contributing to its teratogenesis are not well understood, VPA was previously shown to increase homologous recombination (HR)-mediated DNA repair and decrease protein expression of the transcription factor NF-κB/p65. The studies in this thesis utilized in vivo and in vitro models to evaluate the expression of HR mediators, investigate the implications of decreased p65 including DNA binding and transcriptional activation, and the expression and histone acetyltransferase activity of Cbp/p300 with an aim to provide mechanistic insight into VPA-mediated alterations. The first study demonstrated that following maternal administration of VPA, mouse embryonic mRNA expression of HR mediators Rad51, Brca1 and Brca2 exhibited temporal and tissue-specific alterations. Protein expression of Rad51 was similarly altered and preceded increased cleavage of caspase-3 and PARP; indicative of apoptosis. The second study confirms previous findings of decreased total cellular p65 protein using P19 cells, but is the first to demonstrate that nuclear p65 protein is unchanged. NF-κB DNA binding was decreased following VPA exposure and maybe mediated by decreased p50 protein, which dimerizes with p65 prior to DNA binding. Transcriptional activity of NF-κB was also increased with VPA exposure which was not due to increased p65 phosphorylation at Ser276. Furthermore, the transcriptional activation capacity was unaffected by VPA exposure as combined exposure to VPA and TNFα additively increased NF-κB activity. The third study demonstrated that VPA exposure in P19 cells decreased Cbp/p300 total cellular and nuclear protein attributed primarily to ubiquitin proteasome-mediated degradation. Histone acetyltransferase (HAT) activity of p300 was decreased proportionately to nuclear protein following VPA exposure. Inhibition of Cbp/p300 HAT activity decreased p65 total cellular protein, increased caspase-3 cleavage and ROS similar to VPA exposures. Furthermore, pre-treatment with the antioxidant enzyme catalase attenuated the increase in caspase-3 cleavage, but not p65 protein. Overall, this thesis demonstrates that VPA exposure impacts the expression and activity of the transcription factor NF-κB and transcriptional co-activators/HATs Cbp/p300, which has implications for downstream VPA targets including Rad51, Brca1 and Brca2.

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Identificação e expressão de genes relacionados à via esteroidogênica e resposta antioxidante após a exposição à Atrazina em Poecilia vivipara (Poeciliidae, Cyprinodontiformes)

O herbicida Atrazina (ATR) é um agrotóxico utilizado há cerca de 50 anos, responsável pelo controle seletivo de plantas daninhas em cultivo de arroz, milho e cana-de-açúcar, principalmente. Estudos recentes apontam diversos efeitos desse herbicida em invertebrados e vertebrados, através da contaminação do solo, bem como da lixiviação para os ecossistemas aquáticos. Foi demonstrado que a ATR é um desregulador endócrino, além de causar efeitos como estresse oxidativo, imunotoxicidade e distúrbios no metabolismo energético. No presente estudo, a espécie nativa Poecilia vivipara foi utilizada como modelo experimental para identificar e analisar a expressão de genes atuantes na via esteroidogênica (StAR e Cyp19a1) e genes atuantes no sistema de defesa antioxidante enzimático (SOD-1 e CAT), frente a exposição à diferentes concentrações de ATR. Sequências parciais dos genes-alvo foram obtidas e comparadas com sequências disponíveis de espécies próximas. Foram analisadas a expressão órgãoespecífica para cada um dos genes isolados, bem como a expressão dos genes frente à exposição ao herbicida atrazina. Os animais foram expostos a ATR em concentrações de 2, 10 e 100 µg/L e a expressão dos genes em gônadas e fígado desses animais foram analisadas em 24 e 96 horas de exposição. As sequências obtidas dos genes StAR, Cyp19a1, SOD-1 e CAT apresentaram 821, 80, 954, 350 pares de bases respectivamente, com identidades que variam de 86 a 100% com espécies filogeneticamente próximas a P. vivipara. Os animais apresentaram uma maior expressão dos genes StAR e Cyp19a1 nas gônadas e no fígado, enquanto a menor expressão se mostrou em órgãos como intestino e baço. Já os genes SOD e CAT apresentaram uma maior expressão no fígado, e menor expressão no intestino. Em relação à expressão gênica frente à exposição à ATR, os resultados apontaram para uma indução dos genes StAR, SOD e CAT em 24 horas, nas gônadas e no fígado, enquanto 8 que a expressão do gene Cyp19a1 foi aumentada apenas após 96 horas de exposição. Foi demonstrado que o herbicida ATR, mesmo em baixas concentrações, é capaz de desregular a expressão de genes que codificam tanto para proteínas componentes da via de síntese de hormônios esteróides, quanto para enzimas atuantes na resposta antioxidante celular de P. vivipara. 

Régulation épigénétique de la défense antioxydante et de l'Angiopoietin-like 2 dans le contexte du vieillissement et des maladies cardiovasculaires

Suite à l’exposition à des facteurs de risque incluant la malnutrition, la dyslipidémie, la sédentarité et les désordres métaboliques, les maladies cardiovasculaires (MCV) sont caractérisées par un état pro-oxydant et pro-inflammatoire, et une dérégulation de l’expression de divers facteurs responsables de l’homéostasie de l’environnement rédox et inflammatoire. L’implication d’enzymes antioxydantes telles que les superoxyde dismutases (SOD) et les glutathion peroxydases (Gpx), ainsi que la contribution de médiateurs pro-inflammatoires tels que l’angiopoietin-like 2 (Angptl2) ont été rapportées dans le cadre des MCV. Toutefois, les mécanismes moléculaires sensibles aux facteurs de risque et menant au développement des MCV sont peu connus. L’épigénétique est un mécanisme de régulation de l’expression génique sensible aux stimuli extracellulaires et pourrait donc contribuer au développement des MCV. La méthylation de l’ADN est un des mécanismes épigénétiques pouvant varier tant de manière gène-spécifique qu’à l’échelle génomique, et la conséquence de tels changements sur l’expression des gènes ciblés dépend du site de méthylation. Puisqu’il a été démontré que des variations au niveau de la méthylation de l’ADN peuvent être associées à divers contextes pathologiques incluant les MCV, le but de nos travaux était d’étudier le lien entre la méthylation de gènes antioxydants et pro-inflammatoires avec leurs répercussions fonctionnelles biologiques en présence de facteurs de risques associés aux MCV, tels que le vieillissement, la dyslipidémie et la sédentarité. Dans la première étude, nous avons observé que dans l’artère fémorale de souris vieillissantes, la méthylation au niveau du promoteur du gène Sod2, codant pour l’enzyme antioxydante superoxyde dismutase de type 2 (SOD2 ou MnSOD), diminue avec l’âge. Ceci serait associé à l’induction de l’expression de MnSOD, renforçant ainsi la défense antioxydante endogène. Le vieillissement étant associé à une accumulation de la production de radicaux libres, nous avons étudié la vasodilatation dépendante de l’endothélium qui est sensible au stress oxydant. Nous avons observé que la capacité vasodilatatrice globale a été maintenue chez les souris âgées, aux dépens d’une diminution des facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) et d’une contribution accentuée de la voie du monoxyde d’azote (NO). Nous avons ensuite utilisé deux approches visant à réduire les niveaux de stress oxydant in vivo, soit la supplémentation avec un antioxydant, la catéchine, et l’exposition chronique à de l’exercice physique volontaire. Ces interventions ont permis de prévenir à la fois les changements au niveau de la fonction endothéliale et de l’hypométhylation de Sod2. Cette première étude démontre donc la sensibilité de la méthylation de l’ADN à l’environnement rédox. Dans la deuxième étude, nous avons démontré une régulation de l’expression de l’enzyme antioxydante glutathion peroxydase 1 (Gpx1) en lien avec la méthylation de son gène codant, Gpx1, dans un contexte de dyslipidémie sévère. Nos résultats démontrent que dans le muscle squelettique de souris transgéniques sévèrement dyslipidémiques (LDLr-/-; hApoB+/+), Gpx1 est hyperméthylé, ce qui diminue l’expression de Gpx1 et affaiblit la défense antioxydante endogène. Chez ces souris, l’exercice physique chronique a permis d’augmenter l’expression de Gpx1 en lien avec une hypométhylation transitoire de son gène. Cette étude démontre que le stress oxydant associé à la dyslipidémie sévère altère les mécanismes de défense antioxydante, en partie via un mécanisme épigénétique. De plus, on observe également que l’exercice physique permet de renverser ces effets et peut induire des changements épigénétiques, mais de manière transitoire. La troisième étude avait pour but d’étudier la régulation de l’Angptl2, une protéine circulante pro-inflammatoire, dans le contexte des MCV. Nous avons observé que chez des patients coronariens, la concentration circulante d’Angptl2 est significativement plus élevée que chez des sujets sains et ce, en lien avec une hypométhylation de son gène, ANGPTL2, mesurée dans les leucocytes circulants. Nous sommes les premiers à démontrer qu’en réponse à l’environnement pro-inflammatoire associé à une MCV, l’expression de l’Angptl2 est stimulée par un mécanisme épigénétique. Nos études ont permis d’identifier des nouvelles régions régulatrices différentiellement méthylées situées dans les gènes impliqués dans la défense antioxydante, soit Sod2 en lien avec le vieillissement et Gpx1 en lien avec la dyslipidémie et l’exercice. Nous avons également démontré un mécanisme de régulation de l’Angptl2 dépendant de la méthylation d’ANGPTL2 et ce, pour la première fois dans un contexte de MCV. Ces observations illustrent la nature dynamique de la régulation épigénétique par la méthylation de l’ADN en réponse aux stimuli environnementaux. Nos études contribuent ainsi à la compréhension et l’identification de mécanismes moléculaires impliqués dans le développement du phénotype pathologique suite à l’exposition aux facteurs de risque, ce qui ouvre la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.

Cuminum cyminum Linn (Apiaceae) extract attenuates MPTP-induced oxidative stress and behavioral impairments in mouse model of Parkinson’s disease

Purpose: To evaluate the protective effects of Cuminum cyminum Linn (Apiaceae, CCY) against 1- methyl-4 phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine (MPTP)-induced oxidative stress and behavioral impairments in mouse model of Parkinson’s disease (PD). Methods: MPTP-intoxicated mice model of PD was used for evaluating the effect of CCY extract on behavioral deficits through rota rod, passive avoidance and open field tasks. The effect of CCY extract on oxidative stress levels were assessed by estimating enzyme status, including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and lipid peroxidation(LPO) in brain tissues of MPTP-induced mice. Results: MPTP (25 mg/kg, i.p.)-treated mice resulted in a significant (p < 0.001) behavioral deficit in locomotor behavior (from 56.24 ± 1.21 to 27.64 ± 0.94) and cognitive functions (from 298 ± 3.68 s to 207.28 ± 4.12 s) compared with their respective control groups. Administration of CCY extract (100, 200 and 300 mg/kg, p.o.) for three weeks significantly and dose-dependently improved (p < 0.001 at 300 mg/kg) locomotor and cognitive deficits in MPTP-treated mice. CCY treatment also significantly (p < 0.001 at 300 mg/kg) inhibited MPTP-induced decrease in antioxidant enzyme levels (superoxide dismutase and catalase) and lipid peroxides in mice brain tissues. Conclusion: CCY extract exhibits strong protection against MPTP-induced behavioral deficit through enhancement of antioxidant defense mechanisms. Therefore, CCY may be developed as a therapeutic strategy in the treatment of neurodegeneration seen in PD.

Redox regulation of Ras proteins in Dictyostelium discoideum

Reactive oxygen species are a normal consequence of life in an aerobic environment. However when they deviate from the narrow permissible range in cells, oxidative damage can occur. Dictyostelium discoideum is a model organism ideal for the study of cell signaling events such as those affected by oxidative stress. It was previously shown that Ras signaling in Dictyostelium is affected by genetic inactivation of the antioxidant enzyme Superoxide dismutase C (SodC) and in vitro data suggests that the NKCD motif of Ras is the redox target of superoxide.^ The main objective of this project was to determine the mechanism of superoxide mediated Ras regulation in vivo. To accomplish the main objective, we cloned, and in some cases, mutated different Ras proteins and later determined their activity in wild type and sodC- cells. RasC and RasD showed normal activation in sodC- cells, however RasG and RasS displayed high Ras activity. These last two Ras proteins contain the NKC118D motif inside the nucleotide binding region. A mutation of cysteine 118 to alanine in RasG rendered the protein less active in sodC- than the wild type RasG protein and a mutation alanine118 to cysteine in RasD conferred redox sensitivity to this small GTPase. Additionally, the propensity of RasG to be targeted by superoxide was evident when the environment of wild type cells was manipulated to induce the internal generation of superoxide through changes in the extracellular ion levels mainly magnesium. Lack of magnesium ions increased the intracellular level of superoxide and severely hampered directional cell migration. Chemotaxis of cells expressing RasG was negatively impacted by the absence of magnesium ions; however rasG- cells did not seem to be affected in their ability to perform chemotaxis. The last experiment implies that RasG is an important mediator of cell signaling during oxidative stress, responsible for preventing cells from continuing their developmental program. Our study suggests that the cysteine residue in the NKCD motif is essential for mediating the redox sensitivity of Ras proteins in Dictyostelium and that RasG is an essential mediator of the response to oxidative stress in this organism.^

Synthesis, characterization and antioxidant activity of angiotensin converting enzyme inhibitors

Angiotensin converting enzyme (ACE) catalyzes the conversion of angiotensin I (Ang I) to angiotensin II (Ang II). ACE also cleaves the terminal dipeptide of vasodilating hormone bradykinin (a nonapeptide) to inactivate this hormone. Therefore, inhibition of ACE is generally used as one of the methods for the treatment of hypertension. `Oxidative stress' is another disease state caused by an imbalance in the production of oxidants and antioxidants. A number of studies suggest that hypertension and oxidative stress are interdependent. Therefore, ACE inhibitors having antioxidant property are considered beneficial for the treatment of hypertension. As selenium compounds are known to exhibit better antioxidant behavior than their sulfur analogues, we have synthesized a number of selenium analogues of captopril, an ACE inhibitor used as an antihypertensive drug. The selenium analogues of captopril not only inhibit ACE activity but also effectively scavenge peroxynitrite, a strong oxidant found in vivo.

Structural characterization of angiotensin I-converting enzyme in complex with a selenium analogue of captopril

Human somatic angiotensin I-converting enzyme (ACE), a zinc-dependent dipeptidyl carboxypeptidase, is central to the regulation of the renin-angiotensin aldosterone system. It is a well-known target for combating hypertension and related cardiovascular diseases. In a recent study by Bhuyan and Mugesh [Org. Biomol. Chem. (2011) 9, 1356-1365], it was shown that the selenium analogues of captopril (a well-known clinical inhibitor of ACE) not only inhibit ACE, but also protect against peroxynitrite-mediated nitration of peptides and proteins. Here, we report the crystal structures of human testis ACE (tACE) and a homologue of ACE, known as AnCE, from Drosophila melanogaster in complex with the most promising selenium analogue of captopril (SeCap) determined at 2.4 and 2.35 angstrom resolution, respectively. The inhibitor binds at the active site of tACE and AnCE in an analogous fashion to that observed for captopril and provide the first examples of a protein-selenolate interaction. These new structures of tACE-SeCap and AnCE-SeCap inhibitor complexes presented here provide important information for further exploration of zinc coordinating selenium-based ACE inhibitor pharmacophores with significant antioxidant activity.

Antioxidant activity of peptide-based angiotensin converting enzyme inhibitors

Angiotensin converting enzyme (ACE) inhibitors are important for the treatment of hypertension as they can decrease the formation of vasopressor hormone angiotensin II (Ang II) and elevate the levels of vasodilating hormone bradykinin. It is observed that bradykinin contains a Ser-Pro-Phe motif near the site of hydrolysis. The selenium analogues of captopril represent a novel class of ACE inhibitors as they also exhibit significant antioxidant activity. In this study, several di- and tripeptides containing selenocysteine and cysteine residues at the N-terminal were synthesized. Hydrolysis of angiotensin I (Ang I) to Ang II by ACE was studied in the presence of these peptides. It is observed that the introduction of L-Phe to Sec-Pro and Cys-Pro peptides significantly increases the ACE inhibitory activity. On the other hand, the introduction of L-Val or L-Ala decreases the inhibitory potency of the parent compounds. The presence of an L-Pro moiety in captopril analogues appears to be important for ACE inhibition as the replacement of L-Pro by L-piperidine 2-carboxylic acid decreases the ACE inhibition. The synthetic peptides were also tested for their ability to scavenge peroxynitrite (PN) and to exhibit glutathione peroxidase (GPx)-like activity. All the selenium-containing peptides exhibited good PN-scavenging and GPx activities.

Antioxidant Peptidomics Reveals Novel Skin Antioxidant System

It is generally agreed that reactive oxygen species (ROS) contribute to skin aging, skin disorders, and skin diseases. Skin possesses an extremely efficient antioxidant system. This antioxidant activity is conferred by two systems: antioxidant enzymes and