Amyloid Beta Precursor Protein: Proper Credit for the Basic Biochemical Properties of the Most Studied Protein in the 21st Century

The amyloid precursor protein (APP) is mainly known for being the precursor of the ß-amyloid peptide, which accumulates in plaques found in the brain of Alzheimer's disease patients. Expression in different tissues and the degree of sequence identity among mammals indicate an essential and non-tissue specific physiological function. APP is anchored to the membrane and displays a single C-terminal intracellular domain and a longer N-terminal extracellular domain. The basic biochemical properties and the scattered data on research, not related to production of beta-amyloid peptide, suggest that the protein and the molecules resulting from APP proteolytic cleavage may act as adhesion factors, enzymes, hormones/neurotransmitters and/or protease inhibitors. APP deserves to be known for its quite notable properties and its physiological role(s).

Interfaces com a indústria

Brazilian chemical industries face several problems regarding Research, Development and Innovation (RDI). The present paper shows that simple cooperation between chemical industries and university laboratories can be a way to overcome some of the present difficulties. The work carried out at LABOCAT has several industrial interfaces. It involves, among other areas of RDI, the development of anti-HIV-protease (and other virus-related-protease) drugs, the establishment of new (industrial) chemical processes and the implementation of industrial (biodiesel and related) plants. A model based on the present so called RHAE programme is proposed in which, parallel to the fellowship awards of this programme, financing participation of Brazilian Agencies would cover process development.

Proteases virais: importantes alvos terapêuticos de compostos peptideomiméticos

Proteases catalyze the hydrolysis of peptide bonds of proteins and peptides to produce smaller peptides and free amino acids. These enzymes are involved in physiologic processes such as blood coagulation and cellular death, and are related to life cycle of several viruses, such as hepatitis C, dengue, and AIDS. These features make most of proteases very important therapeutic targets for new pharmaceutical compounds. The development of peptidemimetics with improved pharmacokinetic properties is driving extensive research in the field of viral protease inhibitors. The present paper aims to highlight the design and synthesis of peptidemimetics that are able to inhibit viral proteases related to hepatitis C, dengue, and AIDS.

Oral tolerance induction with altered forms of ovalbumin

As a T cell-dependent phenomenon, oral tolerance is not expected to depend necessarily on native configuration of antigens. We investigated the induction of oral tolerance with modified ovalbumin (Ova). Oral administration of heat-denatured (HD-Ova) and cyanogen bromide-degraded ovalbumin was less effective than native Ova in inducing oral tolerance in B6D2F1 mice. HD-Ova was effective in suppressing delayed-type hypersensitivity (DTH) reactions but did not suppress specific antibody formation. Injection of Ova directly into the stomach, but not into the ileum or cecum, suppressed subsequent immunization to DTH reactions. Gavage with protease inhibitors (aprotinin or ovomucoid) before gavage with Ova was ineffective in blocking tolerance induction. Treatment with hydroxyurea to destroy cycling cells 24 h before gavage with Ova blocked oral tolerance induction and also the possibility to passively transfer tolerance to naive recipients with the serum of mice gavaged with Ova 1 h before. The implications of these findings about oral tolerance induction are discussed

Fibrinolytic action on fresh human clots of whole body extracts and two semipurified fractions from Lonomia achelous caterpillar

The severe bleeding diathesis produced by intoxication with the venom of Lonomia achelous caterpillars is characterized by prolonged bleeding from superficial skin wounds as well as massive hemorrhage into body cavities. The aim of the present study was to evaluate the effect of the crude venom and its fibrinolytic fractions on in vitro lysis of whole blood clots. Venom fractions with fibrinolytic activity were obtained by gel filtration chromatography on Sephadex G75 using imidazole buffer, pH 7.4, at a flow rate of 24 ml/h. Four peaks with fibrinolytic activity were obtained by this method. The highest activity was found in the first two peaks (both peaks were used for the experiments). The results show that the caterpillar venom degraded the preformed clots at a slower rate than plasmin. In addition, plasma protease inhibitors of the fibrinolytic system (a2-antiplasmin, a2-macroglobulin, PAI, etc.) only weakly inhibited the lytic effect of the caterpillar venom. These characteristics, as well as the pattern of fibrinogen degradation products, the delay period on fibrin plate lysis and amidolytic activity on chromogenic substrate, reported previously, indicate that the caterpillar enzymes are different from plasmin and trypsin.

Aryl hydroxamic acid analogues as potential therapeutic agents /

A new synthetic pathway to analogues of the aglucones of naturally occurring cyclic hydroxamic acids (2,4-dihydroxy-l,4-benzoxazin-3-ones) has been developed. The new pathway involves the coupling of substituted nitrophenols wdth /-propyl-abromo- O-methoxymethylglycolate. These materials were reductively cyclised to reveal the hydroxamic acid functionality. Removal of the C-2 0-methoxymethyl protecting group was achieved chemoselectively using boron trichloride. The analogue 7-methoxy-2,4-dihydroxy-l,4-benzoxazin-3-one (DIMBOA) was assayed with papain and a semilog plot of activity of papain in the presence of excess DIMBOA was found to be linear. A single exponential equation was suggested as the model for kinetic analysis. '^ Nuclear magnetic resonance (NMR) spectra of a couple of hydroxamates were acquired as reference standards for future mechanistic studies of these compounds as thiol protease inhibitors. A 10% '^-labeled sample ofDIMBOA was also prepared for future mechanistic studies using NMR techniques.

Proton translocation by cytochrome c oxidase reconstituted into proteoliposomes

Cytochrome c oxidase .inserted into proteoliposomes translocates protons with a stoichiometry of approx-, imately 0.4-0.6 H+/e- in the presence of valinomycin plus pottasium. The existance .ofsuchproton translocation is .supportedby experiments with lauryl maltoside which abolished the pulses but~~d not inhibit cyt. c binding .or oxidase turnover. Pulses with K3FeCN6 did not induce acidification further supporting vectorial proton transport by cyt ..aa3 . Upon lowering the ionic strength and pulsing with ferrocytochrome c, H+/eratios increased. This increase is attributed to scaler proton release consequent upon cyt.c-phospholipid binding. Oxygen pulses at low ionic strength however did not exhibit this large scaler increase in H+/e- ratios.A-small increase was observed upon .02 pul'sing at·low ionic strengt.h. This increase was KeN and, ,pcep sensitive and thus possibly due to a redox linked scaler deprotonation. Increases in the H+/e- ratio also occurred ifp~lses ,were performed in the presence of nonactin rather.than valinomycin. The fluorescent pH indicator pyranine was internally trapped inaa3 conta~ning "proteoliposomes. Internal alkalinization, as mon,itored by pyranine fluorescence leads to a of approx.imately 0.35 units, which is proportional to electron flux. This internal alkalinization was also DCCD sensitive, being inhibited by approximately 50%. This 50% inhibition of internal alkalinization supports the existance of vectorial proton transport.

Etude des inhibiteurs d'entrée de CXCR4 : corécepteur d'entrée du virus de l'immunodéficience humaine.

L’entrée virale du VIH-1 dans ses cellules cibles constitue une cible thérapeutique de choix. À l’heure actuelle, un inhibiteur de fusion et un inhibiteur ciblant le corécepteur CCR5 sont utilisés en thérapie. Dans notre étude, notre objectif était d’évaluer le profil antiviral et fonctionnel de plusieurs types moléculaires envisagés comme inhibiteurs d’entrée du corécepteur CXCR4, soient : 1) de dérivés peptidiques mimant des portions du récepteur 2) de dérivés peptidiques issus du ligand naturel de CXCR4, le SDF-1 et 3) de dérivés du puissant inhibiteur de faible poids moléculaire, le T140. Notre recherche se concentrait sur la mise au point de molécules capables d’inhiber l’entrée du VIH en ciblant sélectivement le corécepteur CXCR4 tout en conservant les fonctions naturelles de ce dernier. Parmi les molécules testées, certaines possèdent un grand potentiel dans le développement de nouveaux médicaments antirétroviraux.

Extraction, purification et caractérisation d’isoformes d’hexokinase du tubercule de pomme de terre (Solanum tuberosum)

L’hexokinase (HK) est la première enzyme du métabolisme des hexoses et catalyse la réaction qui permet aux hexoses d’entrer dans le pool des hexoses phosphates et donc par le fait même la glycolyse. Bien que le glucose soit son principal substrat, cette enzyme peut aussi phosphoryler le mannose et le fructose. Malgré son importance dans le métabolisme primaire, l’HK n’a jamais été purifiée à homogénéité sous forme native. Le but de ce travail était donc de purifier une isoforme d’HK à partir de tubercule de Solanum tuberosum et par la suite de caractériser ses propriétés cinétiques. Bien avant que je commence mon travail, un groupe de recherche avait déjà séparé et partiellement purifié trois isoformes d’HK de S. tuberosum. Un protocole d’extraction était donc disponible, mais l’HK ainsi extraite était peu stable d’où le besoin d’y apporter certaines modifications. En y ajoutant certains inhibiteurs de protéases ainsi qu’en modifiant les concentrations de certains éléments, le tampon d’extraction ainsi modifié a permis d’obtenir un extrait dont l’activité HK était stable pendant au moins 72h après l’extraction, en empêchant la dégradation. À l’aide du tampon d’extraction optimisé et d’une chromatographie sur colonne de butyl sépharose, il a été possible de séparer 4 isoformes d’HKs. Par la suite, une isoforme d’HK (HK1) a été purifiée à l’homogénéité à l’aide de 5 étapes de chromatographie supplémentaires. En plus de caractériser les propriétés cinétiques de cette enzyme, l’analyse de séquençage par MS/MS a permis de l’associer au produit du gène StHK1 de Solanum tuberosum. Avec une activité spécifique de 10.2 U/mg de protéine, il s’agit de l’HK purifiée avec l’activité spécifique la plus élevée jamais rapportée d’un tissu végétal.L’ensemble des informations recueillies lors de la purification de HK1 a ensuite été utilisée pour commencer la purification d’une deuxième isoforme (HK3). Ce travail a permis de donner des lignes directrices pour la purification de cette isoforme et certains résultats préliminaires sur sa caractérisation enzymatique.

Rôle des facteurs physico-chimiques du micro-environnement intestinal et des boucles inter-hélicales du Domaine I dans l’activité de la toxine insecticide Cry9Ca du bacille de Thuringe

Une fois ingérées par un insecte sensible, les toxines insecticides du bacille de Thuringe doivent être activées par les protéases intestinales de cet insecte. Leur premier domaine, un ensemble de sept hélices-α amphipathiques, est responsable de leur insertion dans la membrane luminale de certaines cellules de l’intestin médian, ce qui crée des pores peu sélectifs. La toxicité et la capacité à former des pores d’une telle toxine, la Cry9Ca, de ses mutants simples R164A et R164K et d’un fragment de 55 kDa résultant d’un clivage protéolytique au niveau de son résidu 164 ont été étudiées à l’aide d’une combinaison de modélisation par homologie, de bioessais, d’expériences de gonflement osmotique avec des vésicules de membrane en bordure en brosse de larves de sphinx du tabac et de mesures électrophysiologiques sur des intestins isolés. Ni les mutations simples ni le clivage protéolytique n’ont altéré la toxicité de la Cry9Ca. Dans une solution à faible force ionique, toutefois, la formation des pores dépend fortement du pH : une augmentation de celui-ci de 6,5 à 10,5 a entraîné une baisse irrégulière et par étapes successives de la perméabilité membranaire. Les quatre préparations de toxine ont néanmoins dépolarisé la membrane apicale d’intestins médians fraîchement isolés baignant dans une solution contenant 122 mM de KCl à pH 10,5. L’activité de la Cry9Ca, et des mutants R164A et R164K, a été grandement stimulée lorsque les expériences ont été effectuées en présence de suc intestinal, de lipides extraits d’un volume équivalent de suc intestinal ou d’un cocktail d’inhibiteurs de protéases solubles dans l’eau. De plus, le rôle des boucles inter-hélicales du Domaine I lors de l’insertion dans la membrane a été étudié avec des mutants doubles de la Cry9Ca dont les mutations introduisaient, neutralisaient ou renversaient une charge électrique. À l’exception de trois d’entres eux, tous ces mutants ont conservé une toxicité et une capacité à former des pores comparables à celles de la toxine parentale. L’ensemble de ces résultats suggère que le micro-environnement de l’intestin médian contribue à minimiser l’influence des charges de surface portées par les résidus des boucles inter-hélicales du Domaine I sur la capacité des toxines du bacille de Thuringe à former des pores. Il indique aussi que, d’une part, selon le site de clivage et les conditions expérimentales utilisées, des protéolyses supplémentaires de la toxine Cry9Ca activée peuvent soit stimuler, soit nuire à son activité et que, d’autre part, le suc intestinal du sphinx du tabac contient probablement un inhibiteur de protéases qui pourrait jouer un rôle important dans l’activité des toxines du bacille de Thuringe.

Étude de la régulation de l'activité du ligand Delta dans le cadre de la signalisation Notch

La voie de signalisation Notch est conservée au cours de l'évolution. Elle joue un rôle clé dans le développement, et elle est impliquée dans de nombreuses décisions de destin cellulaire, dans le maintien des cellules souches, et dans le contrôle de la prolifération et de la différenciation cellulaires. Une dérégulation de la signalisation Notch est impliquée dans diverses maladies et cancers, y compris les tumeurs solides, comme les cancers du sein et du col de l'utérus, et les leucémies, comme la Leucémie Aiguë Lymphoblastique des cellules T (LAL-T). Notch est un récepteur transmembranaire activé par des ligands transmembranaires de la famille DSL (Delta/Serrate/Lag-2). Bien que plusieurs mutations oncogéniques ont été identifiées au niveau du récepteur Notch, de nombreux cancers modulés par Notch demeurent ligand-dépendants. Étonnamment, les mécanismes moléculaires régulant l'activation du ligand sont encore relativement peu caractérisés par rapport à ceux qui régissent le récepteur Notch lui-même. Utilisant un essai de co-culture avec un rapporteur luciférase de Notch, nous avons effectué le premier crible d'ARNi pan-génomique visant spécifiquement à identifier des régulateurs des ligands de Notch dans la cellule émettrice du signal. Nous avons ainsi pu découvrir de nouvelles classes de régulateurs communs pour les ligands Delta-like1 et 4. Ces régulateurs comprennent des inhibiteurs de protéases, des facteurs de transcription, et des gènes divers à fonction inconnue, tels que Tmem128 « Transmembrane protein 128 », ou à fonction préalablement caractérisée tels que la co-chaperonne moléculaire Cdc37 « Cell division cycle 37 homolog ». Par la suite, nous avons développé des cribles secondaires fonctionnels où nous avons démontré l'importance de ces régulateurs pour des événements Notch-dépendants, comme la différenciation des cellules T normales, et la survie des cellules souches pré-leucémiques isolées à partir d'un modèle murin de LAL-T. En outre, nous avons prouvé que les régulateurs les plus forts du crible de survie sont également nécessaires pour l'activité d'auto-renouvellement des cellules souches pré-leucémiques. Finalement, nous avons entamé une caractérisation moléculaire préliminaire de deux régulateurs nouvellement identifiés; Tmem128 et Cdc37 afin d'étudier leur mécanisme d'action sur les ligands. En conclusion, cette étude nous a permis d'identifier de nouveaux régulateurs de la voie Notch qui pourraient servir de cibles thérapeutiques potentielles dans les cancers; tel qu'illustré par le modèle LAL-T. La compréhension des détails moléculaires sous-jacents aux fonctions de ces régulateurs sera essentielle afin de développer des inhibiteurs pharmacologiques pour bloquer leur action et entraver la signalisation Notch dans le cancer.

Développement d'une sonde fluorescente bioactivable pour l'étude du rôle in vitro et in vivo des protéases dégradant l’apolipoprotéine A-I.

Les effets bénéfiques des lipoprotéines de haute densité (HDL) contre l'athérosclérose ont été attribués, en grande partie, à leur composante protéique majeure, l'apolipoprotéine A-I (apoA-I). Cependant, il y a des indications que l'apoA-I peut être dégradée par des protéases localisées dans les plaques athérosclérotiques humaines, ce qui pourrait réduire l'efficacité des thérapies basées sur les HDL sous certaines conditions. Nous décrivons ici le développement et l'utilisation d'une nouvelle sonde bioactivatable fluorescente dans le proche infrarouge, apoA-I-Cy5.5, pour l'évaluation des activités protéolytiques spécifiques qui dégradent l'apoA-I in vitro, in vivo et ex vivo. La fluorescence basale de la sonde est inhibée par la saturation du fluorophore Cy5.5 sur la protéine apoA-I, et la fluorescence émise par le Cy5.5 (proche infrarouge) est révélée après clivage de la sonde. La protéolyse in vitro de l'apoA-I par des protéases a montré une augmentation de la fluorescence allant jusqu'à 11 fois (n=5, P ≤ 0.05). En utilisant notre nouvelle sonde apoA-I-Cy5.5 nous avons pu quantifier les activités protéolytiques d'une grande variété de protéases, incluant des sérines (chymase), des cystéines (cathepsine S), et des métalloprotéases (MMP-12). En outre, nous avons pu détecter l'activation de la sonde apoA-I-Cy5.5 sur des sections d'aorte de souris athérosclérotiques par zymographie in situ et avons observé qu'en présence d'inhibiteurs de protéases à large spectre, la sonde pourrait être protégée des activités protéolytiques des protéases (-54%, n=6, P ≤ 0,001). L'infusion in vivo de la sonde apoA-I-Cy5.5 dans les souris athérosclérotiques (Ldlr -/--Tg (apoB humaine)) a résulté en utilisant un système d'imagerie moléculaire combinant la fluorescence moléculaire tomographique et la résonance magnétique,en un signal de fluorescence dans l'aorte plus important que celui dans les aortes des souris de type sauvage C57Bl/6J (CTL). Les mesures in vivo ont été confirmées par l'imagerie ex vivo de l'aorte qui a indiqué une augmentation de 5 fois du signal fluorescent dans l'aorte des souris ATX (n=5) par rapport à l'aorte des souris (n=3) CTL (P ≤ 0,05). L'utilisation de cette sonde pourrait conduire à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires qui sous-tendent le développement et la progression de l'athérosclérose et l'amélioration des stratégies thérapeutiques à base de HDL.

Trypsin Inhibitor from Edible Mushroom Pleurotus floridanus Active against Proteases of Microbial Origin

Protease inhibitors can be versatile tools mainly in the fields of medicine, agriculture and food preservative applications. Fungi have been recognized as sources of protease inhibitors, although there are only few such reports on mushrooms. This work reports the purification and characterization of a trypsin inhibitor from the fruiting body of edible mushroom Pleurotus floridanus (PfTI) and its effect on the activity of microbial proteases. The protease inhibitor was purified up to 35-fold by DEAE-Sepharose ion exchange column, trypsin-Sepharose column and Sephadex G100 column. The isoelectric point of the inhibitor was 4.4, and its molecular mass was calculated as 37 kDa by SDS-PAGE and 38.3 kDa by MALDI-TOF. Inhibitory activity confirmation was by dot-blot analysis and zymographic activity staining. The specificity of the inhibitor toward trypsin was with Ki of 1.043×10−10 M. The inhibitor was thermostable up to 90 °C with maximal stability at 30 °C, active over a pH range of 4–10 against proteases from Aspergillus oryzae, Bacillus licheniformis, Bacillus sp. and Bacillus amyloliquefaciens. Results indicate the possibility of utilization of protease inhibitor from P. floridanus against serine proteases

Interactions between herbal and conventional medicines

Herb-drug interactions are subject to much interest at present, but for various reasons reports may be unreliable or unsubstantiated. Herbal medicines are variable in composition and quality, which may affect their interaction profile as well as the reliability of reports concerning them. In this review, clinical and experimental reports have been collated, evaluated and summarised, and the theoretical and clinical evidence presented. There is an explanation of the particular issues involved with herbal medicines as compared with conventional drugs, and reasons why comparisons may or may not be valid, which is intended for those without specialist experience in herbal products. It has become apparent that only a few herbal drugs have so far been cited in interaction reports, for example St John's Wort, Ginkgo biloba, Dan Shen, liquorice, Ma huang and garlic, and that the main drugs involved are those which are already susceptible to interactions with many other conventional drugs, such as warfarin, protease inhibitors and anti-cancer drugs. An attempt has been made to put the matter into perspective and recommendations have been given for health professionals to advise or develop strategies to safeguard patients, without resorting to speculation or scaremongering.

FRET peptides reveal differential proteolytic activation in intraerythrocytic stages of the malaria parasites Plasmodium berghei and Plasmodium yoelii

Malaria is still a major health problem in developing countries. It is caused by the protist parasite Plasmodium, in which proteases are activated during the cell cycle. Ca(2+) is a ubiquitous signalling ion that appears to regulate protease activity through changes in its intracellular concentration. Proteases are crucial to Plasmodium development, but the role of Ca(2+) in their activity is not fully understood. Here we investigated the role of Ca(2+) in protease modulation among rodent Plasmodium spp. Using fluorescence resonance energy transfer (FRET) peptides, we verified protease activity elicited by Ca(2+) from the endoplasmatic reticulum (ER) after stimulation with thapsigargin (a sarco/endoplasmatic reticulum Ca(2+)-ATPase (SERCA) inhibitor) and from acidic compartments by stimulation with nigericin (a K(+)/H(+) exchanger) or monensin (a Na(+)/H(+) exchanger). Intracellular (BAPTA/AM) and extracellular (EGTA) Ca(2+) chelators were used to investigate the role played by Ca(2+) in protease activation. In Plasmodium berghei both EGTA and BAPTA blocked protease activation, whilst in Plasmodium yoelii these compounds caused protease activation. The effects of protease inhibitors on thapsigargin-induced proteolysis also differed between the species. Pepstatin A and phenylmethylsulphonyl fluoride (PMSF) increased thapsigargin-induced proteolysis in P. berghei but decreased it in P. yoelii. Conversely. E64 reduced proteolysis in P. berghei but stimulated it in P. yoelii. The data point out key differences in proteolytic responses to Ca(2+) between species of Plasmodium. (C) 2011 Australian Society for Parasitology Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.