Régulation de l’expression de HYAL-1 par le récepteur de l’oestrogène alpha

HYAL-1 (hyaluronidase-1) appartient à la famille des hyaluronidases connues pour leur rôle dans la dégradation de l’acide hyaluronique. L’expression de HYAL-1 est élevée dans de nombreux type de cancers, notamment dans le cancer de la prostate, de la vessie, des reins et du sein où il est impliqué dans la croissance tumorale et les métastases. Récemment notre laboratoire a aussi démontré une expression élevée de HYAL-1 dans le cancer épithélial de l’ovaire (CEO) de type mucineux et à cellules claires, expression qui est inversement corrélée à celle du récepteur de l’oestrogène alpha (REα). Cependant, malgré le fait que le rôle de HYAL-1 dans le cancer soit bien établit, le mécanisme de sa régulation reste encore inconnu. Le REα est un facteur de transcription qui suite à sa liaison avec son ligand va réguler l’expression de plusieurs gènes. Le REα ainsi stimulé par l’hormone va activer la transcription de ces gènes cibles mais il est connu maintenant qu’une grande partie des gènes régulés par le REα sont en réalité réprimés par ce récepteur. Dans ce travail nous proposons d’étudier le mécanisme de la régulation du gène HYAL-1 par le REα dans le CEO à cellules claires et dans le cancer du sein. L’expression ectopique du REα dans la lignée TOV21G (RE-) de même que le traitement de la lignée MCF-7 (RE+) avec de l’oestrogène a induit une diminution du niveau d’expression de l’ARN m de HYAL-1. Ces résultats nous ont permis de confirmer que HYAL-1 est un gène cible du REα. Il est aussi connu que le REα peut exercer son action par différents mécanismes d’action, entre autres en interagissant avec une séquence d’ADN appelée élément de réponse à l’oestrogène (ERE), retrouvé sur le promoteur des gènes cibles ou bien indirectement par des interactions protéine-protéine en se liant à d’autres facteur de transcription tels que Sp1. Après avoir identifiés de telles séquences sur le promoteur proximal de HYAL-1, (1 ERE proximal à -900 pb, 3 distaux à -32350 pb, 48430, -50130 pb du site d’initiation de la transcription) en plus des 2 Sp1 connus (-60 et – 1020pb), nous avons démontrés par immunoprécipitation de la chromatine que le REα est recruté sur le promoteur de HYAL-1 au niveau de l’ERE proximal -900 pb et du distal -32350 pb de même que sur le site Sp1 -1020 pb. De plus, l’activité biologique de l’ERE -900 pb et du ii Sp1-1020pb à été confirmée par des essais de gènes rapporteurs à la luciférase. Avec son rôle connu dans la tumorigenèse, l’identification de HYAL-1 comme gène cible du REα pourrait être une avenue intéressante pour le traitement des cancers hormono-indépendants.

Mécanismes d'action des antioestrogènes totaux

Le cancer du sein est le cancer qui a la plus forte fréquence au Canada. En 2012, on estime que 23 200 nouveaux cas de cancer du sein seront diagnostiqués. Deux tiers des tumeurs mammaires expriment ou surexpriment le récepteur des oestrogènes α (ERα). De même, les oestrogènes sont importants pour la croissance de ces tumeurs. La présence des récepteurs hormonaux est un critère qui détermine le choix de la thérapie; à cet égard, le ciblage des récepteurs des oestrogènes par les antioestrogènes a pour but d’inactiver ces récepteurs et diminuer leur contribution à la croissance tumorale. Les antioestrogènes sont des inhibiteurs compétitifs de ERα. Tamoxifene est le médicament le plus utilisé pour traiter les tumeurs mammaires ER+ de tous les stades, avant ou après la ménopause. Tamoxifene est antioestrogène partiel ou SERM qui a un profile mixte d’activités agonistes et antagonistes. Fulvestrant ou ICI 182, 780 est un antioestrogène de type total ou SERD dépourvu de toute activité agoniste. Ce composé est utilisé en clinique chez les femmes après la ménopause ayant des tumeurs mammaires avancées. Fulvestrant constitue, donc, une deuxième ligne thérapeutique en cas de rechute après à un traitement par Tamoxifene. Afin de comprendre le potentiel thérapeutique de Fulvestrant, il est primordial d’étudier son impact sur ERα. Actuellement, la polyubiquitination et la dégradation de ERα sont les mécanismes les plus connus pour expliquer l’inactivation de ERα par Fulvestrant. Par ailleurs, en utilisant des modèles cellulaires ER+ et ER-; nous avons montré que les antioestrogènes totaux induisent une insolubilité de ERα indépendamment de leur capacité à induire sa dégradation. L’insolubilité corrèle avec l’association de ERα avec la matrice nucléaire et avec l’inhibition de sa transactivation. L’hélice H12 du domaine de liaison du ligand joue un rôle important dans l’insolubilité et l’inactivation de ERα par les antioestrogènes totaux. Par ailleurs, les antioestrogènes totaux se distinguent par leur capacité à induire la SUMOylation de ERα par SUMO1 et SUMO2/3. La SUMOylation est rapide et précède la dégradation de ERα dans cellules ER+. À l’aide de dérivés de l’antioestrogène total ICI 164, 384, nous avons montré que la chaine latérale des antioestrogènes totaux est à la base de l’induction de la SUMOylation et de l’inactivation de ERα. De plus, la SUMOylation semble être une marque d’inhibition, car la déSUMOylation restaure une activité de ERα en présence des antioestrogènes totaux. L’hélice H12 du LBD et le domaine de liaison à l’ADN sont requis pour l’induction de la SUMOylation. La recherche de protéines impliquées dans l’inactivation et dans la SUMOylation a permis d’identifier le facteur de remodelage de la chromatine ACF dans le même complexe que ERα. De manière similaire à la SUMOylation, le recrutement de ACF est précoce et constitue une propriété spécifique des antioestrogènes totaux. D’autre part, Fulvestrant induit le recrutement de ACF au niveau du promoteur du gène cible des oestrogènes pS2, ce qui suggère une contribution du remodelage de la chromatine dans les mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. La surexpression de la DéSUMOylase SENP1 abolit le recrutement de ACF ce qui indique un rôle de la SUMOylation dans le recrutement de ACF. De même, l’hélice H12 du LBD de ERα constitue un lien entre l’inactivation de ERα et le recrutement de ACF. L’insolubilité, la SUMOylation et l'interaction du complexe ACF sont le reflet des mécanismes d’action des antioestrogènes totaux. Ces observations peuvent être utilisées comme des critères fonctionnels pour identifier d’autres composés avec de meilleures propriétés pharmacologiques que Fulvestrant.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.

Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Destins des S-RNases et interactions moléculaires dans le tube pollinique dans le cadre de l’auto-incompatibilité gamétophytique chez Solanum chacoense

L’auto-incompatibilité (AI) est une barrière reproductive prézygotique qui permet aux pistils d’une fleur de rejeter leur propre pollen. Les systèmes d’AI peuvent prévenir l’autofertilisation et ainsi limiter l’inbreeding. Dans l’AI gamétophytique, le génotype du pollen détermine son propre phénotype d’incompatibilité, et dans ce système, les déterminants mâles et femelles de l’AI sont codés par un locus multigénique et multi-allélique désigné le locus S. Chez les Solanaceae, le déterminant femelle de l’AI est une glycoprotéine stylaire extracellulaire fortement polymorphique possédant une activité ribonucléase et désignée S-RNase. Les S-RNases montrent un patron caractéristique de deux régions hypervariables (HVa et HVb), responsables de leur détermination allélique, et cinq régions hautement conservées (C1 à C5) impliquées dans l’activité catalytique ou la stabilisation structurelle de ces protéines. Dans ce travail, nous avons investigué plusieurs caractéristiques des S-RNases et identifié un nouveau ligand potentiel aux S-RNases chez Solanum chacoense. L’objectif de notre première étude était l’élucidation du rôle de la région C4 des S-RNases. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle la région C4 serait impliquée dans le repliement ou la stabilité des S-RNases, nous avons généré un mutant dans lequel les quatre résidus chargés présents en région C4 furent remplacés par des résidus glycine. Cette protéine mutante ne s’accumulant pas à des niveaux détectables, la région C4 semble bien avoir un rôle structurel. Afin de vérifier si C4 est impliquée dans une liaison avec une autre protéine, nous avons généré le mutant R115G, dans lequel un acide aminé chargé fût éliminé afin de réduire les affinités de liaison dans cette région. Ce mutant n’affectant pas le phénotype de rejet pollinique, il est peu probable que la région C4 soit impliquée dans la liaison des S-RNases avec un ligand ou leur pénétration à l’intérieur des tubes polliniques. Enfin, le mutant K113R, dans lequel le seul résidu lysine conservé parmi toutes les S-RNases fût remplacé par un résidu arginine, fût généré afin de vérifier si cette lysine était un site potentiel d’ubiquitination des S-RNases. Toutefois, la dégradation des S-RNases ne fût pas inhibée. Ces résultats indiquent que C4 joue probablement un rôle structurel de stabilisation des S-RNases. Dans une seconde étude, nous avons analysé le rôle de la glycosylation des S-RNases, dont un site, en région C2, est conservé parmi toutes les S-RNases. Afin d’évaluer la possibilité que les sucres conjugués constituent une cible potentielle d’ubiquitination, nous avons généré une S11-RNase dont l‘unique site de glycosylation en C2 fût éliminé. Ce mutant se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage, démontrant que l’absence de glycosylation ne confère pas un phénotype de rejet constitutif du pollen. Afin de déterminer si l’introduction d’un sucre dans la région HVa de la S11-RNase pourrait affecter le rejet pollinique, nous avons généré un second mutant comportant un site additionnel de glycosylation dans la région HVa et une troisième construction qui comporte elle aussi ce nouveau site mais dont le site en région C2 fût éliminé. Le mutant comportant deux sites de glycosylation se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage mais, de manière surprenante, le mutant uniquement glycosylé en région HVa peut aussi rejeter le pollen d’haplotype S13. Nous proposons que la forme non glycosylée de ce mutant constitue un allèle à double spécificité, semblable à un autre allèle à double spécificité préalablement décrit. Il est intéressant de noter que puisque ce phénotype n’est pas observé dans le mutant comportant deux sites de glycosylation, cela suggère que les S-RNases ne sont pas déglycosylées à l’intérieur du pollen. Dans la dernière étude, nous avons réalisé plusieurs expériences d’interactions protéine-protéine afin d’identifier de potentiels interactants polliniques avec les S-RNases. Nous avons démontré que eEF1A, un composant de la machinerie de traduction chez les eucaryotes, peut lier une S11-RNase immobilisée sur résine concanavaline A. Des analyses de type pull-down utilisant la protéine eEF1A de S. chacoense étiquetée avec GST confirment cette interaction. Nous avons aussi montré que la liaison, préalablement constatée, entre eEF1A et l’actine est stimulée en présence de la S11-RNase, bien que cette dernière ne puisse directement lier l’actine. Enfin, nous avons constaté que dans les tubes polliniques incompatibles, l’actine adopte une structure agrégée qui co-localise avec les S-RNases. Ces résultats suggèrent que la liaison entre eEF1A et les S-RNases pourrait constituer un potentiel lien fonctionnel entre les S-RNases et l’altération du cytosquelette d’actine observée lors des réactions d’AI. Par ailleurs, si cette liaison est en mesure de titrer les S-RNases disponibles à l’intérieur du tube pollinique, ce mécanisme pourrait expliquer pourquoi des quantités minimales ou « seuils » de S-RNases sont nécessaires au déclenchement des réactions d’AI.

Déterminants moléculaires de la scoliose idiopathique de l'adolescent

La scoliose est la déformation de la colonne vertébrale la plus répandue. Elle atteint 3 à 4% de la population pédiatrique et dans 85% des cas, aucune cause n’a été identifiée. Ces cas sont appelés idiopathiques et les symptômes apparaissent durant la puberté; d’où le terme de ‘scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA). Cette pathologie atteint le plus souvent les jeunes filles, en nombre et en sévérité. Ces dernières années, plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’élucider l’étiologie de cette pathologie. Celles-ci ont mis de l’avant différents facteurs génétiques, biochimiques, mécaniques, neurologiques, musculaires ou hormonaux. Plusieurs études ont rapporté des formes familiales de scoliose, soutenant la thèse d’une prédisposition génétique. Nous avons démontré que les patients souffrant de SIA présentent un défaut de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi et un taux élevé d’ostéopontine (OPN) circulante. En utilisant une approche de type ‘gène candidat’, nous avons montré que la protéine tyrosine phosphatase μ (PTPμ) régule l’activité du complexe d’intégrines α5/β1 (récepteur de l’OPN) via la protéine kinase PIPKIγ. Dans ce but, nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de biopsies de patients et de cas traumatiques comme sujets contrôles. Les biopsies osseuses de patients ont été obtenues lors de l’intervention chirurgicale à partir des vertèbres T3 à L4, selon les différentes procédures. Les biopsies issues de cas traumatiques proviennent d’autres types d’os (tibia, crête iliaque, fémur). Les profils d’expression du gène PTPRM (codant pour la protéine PTPμ) ont été étudiés par PCR quantitative (qPCR). Les taux de protéines PTPμ ont été analysés par immunoprécipitation suivi d’un western blot. Pour évaluer le rôle de cette protéine, nous avons bénéficié d’un modèle murin. Machida et al. ont démontré qu’il existe un taux plus élevé de scoliose parmi les souris C57Bl/6 bipèdes obtenues suite à l’amputation des membres supérieurs, sous anesthésie, cinq semaines après la naissance. Nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de la colonne ii vertébrale de souris C57Bl/6 bipèdes, délétées du gène PTPRM (souris dites ‘KO’), afin d’évaluer le niveau de signalisation cellulaire spécifique des protéines Gi par un test fonctionnel: la technique de spectroscopie cellulaire di-électrique (SCD). Selon nos données, 85% des souris bipédales ‘KO’ pour le géne PTPRM développent une scoliose (modérée à sévère) contre 55% des souris contrôles C57Bl6 bipèdes. De plus, les niveaux de PTPμ exprimée par les ostéoblastes de 34 patients SIA se trouvent diminués par comparaison à 17 sujets contrôles. Nos études de souris bipèdes ont montré que l’inactivation du gène PTPRM augmente l’incidence et la sévérité de la scoliose, sans pour autant affecter les taux circulant d’OPN ou l’expression de ses récepteurs. Par ailleurs, dans ce même contexte, nous avons remarqué une augmentation de l’interaction entre l’OPN et l’intégrine β1 en l’absence du gène PTPRM. Les cellules issues de ces souris bipèdes KO montrent une réduction dans leurs niveaux de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi après stimulation par l’OPN. Cette diminution est en grande partie récupérée après traitement des cellules par un siRNA spécifique de la protéine PIPK1γ, substrat de PTPμ qui favorise la fixation de ligands aux intégrines. Ces études apportent les premières indications que la perte d’expression de PTPμ est impliquée dans le développement de la SIA, en amplifiant probablement l’effet inhibiteur de l’OPN sur la signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi. Ces études permettent une meilleure compréhension de l’étiologie de la SIA. Elles pourraient avoir une contribution importante dans le développement futur de méthodes diagnostique et thérapeuthique dans le but d'arrete l’apparition et l’évolution de la maladie chez les enfants atteints.

Accumulated metal speciation in earthworm populations with multi-generational exposure to metalliferous soils: cell fractionation and high energy synchrotron analyses

Predicting metal bioaccumulation and toxicity in soil organisms is complicated by site-specific biotic and abiotic parameters. In this study we exploited tissue fractionation and digestion techniques, combined with X-ray absorption spectroscopy (XAS), to investigate the whole-body and subcellular distributions, ligand affinities, and coordination chemistry of accumulated Pb and Zn in field populations of the epigeic earthworm Lumbricus rubellus inhabiting three contrasting metalliferous and two unpolluted soils. Our main findings were (i) earthworms were resident in soils with concentrations of Pb and Zn ranging from 1200 to 27 000 mg kg(-1) and 200 to 34 000 mg kg(-1), respectively; (ii) Pb and Zn primarily accumulated in the posterior alimentary canal in nonsoluble subcellular fractions of earthworms; (iii) site-specific differences in the tissue and subcellular partitioning profiles of populations were observed, with earthworms from a calcareous site partitioning proportionally more Pb to their anterior body segments and Zn to the chloragosome-rich subcellular fraction than their acidic-soil inhabiting counterparts; (iv) XAS indicated that the interpopulation differences in metal partitioning between organs were not accompanied by qualitative differences in ligand-binding speciation, because crystalline phosphate-containing pyromorphite was a predominant chemical species in the whole-worm tissues of all mine soil residents. Differences in metal (Pb, Zn) partitioning at both organ and cellular levels displayed by field populations with protracted histories of metal exposures may reflect their innate ecophysiological responses to essential edaphic variables, such as Ca2+ status. These observations are highly significant in the challenging exercise of interpreting holistic biomarker data delivered by "omic" technologies.

Molecule modeling of human pentameric alpha(7) neuronal nicotinic acetylcholine receptor and its interaction with its agonist and competitive antagonist

The nicotinic Acetylcholine Receptor (nAChR) is the major class of neurotransmitter receptors that is involved in many neurodegenerative conditions such as schizophrenia, Alzheimer's and Parkinson's diseases. The N-terminal region or Ligand Binding Domain (LBD) of nAChR is located at pre- and post-synaptic nervous system, which mediates synaptic transmission. nAChR acts as the drug target for agonist and competitive antagonist molecules that modulate signal transmission at the nerve terminals. Based on Acetylcholine Binding Protein (AChBP) from Lymnea stagnalis as the structural template, the homology modeling approach was carried out to build three dimensional model of the N-terminal region of human alpha(7)nAChR. This theoretical model is an assembly of five alpha(7) subunits with 5 fold axis symmetry, constituting a channel, with the binding picket present at the interface region of the subunits. alpha-netlrotoxin is a potent nAChR competitive antagonist that readily blocks the channel resulting in paralysis. The molecular interaction of alpha-Bungarotoxin, a long chain alpha-neurotoxin from (Bungarus multicinctus) and human alpha(7)nAChR seas studied. Agonists such as acetylcholine, nicotine, which are used in it diverse array of biological activities, such as enhancements of cognitive performances, were also docked with the theoretical model of human alpha(7)nAChR. These docked complexes were analyzed further for identifying the crucial residues involved in interaction. These results provide the details of interaction of agonists and competitive antagonists with three dimensional model of the N-terminal region of human alpha(7)nAChR and thereby point to the design of novel lead compounds.

Oestrogenic and androgenic activity of triclosan in breast cancer cells

As a consequence of its widespread use as an antimicrobial agent in consumer goods, triclosan has become distributed ubiquitously across the ecosystem, and recent reports that it can cause endocrine disruption in aquatic species has increased concern. It is reported here that triclosan possesses intrinsic oestrogenic and androgenic activity in a range of assays in vitro which could provide some explanation for the endocrine disrupting properties described in aquatic populations. In terms of oestrogenic activity, triclosan displaced [H-3]oestradiol from oestrogen receptors (ER) of MCF7 human breast cancer cells and from recombinant human ER alpha/ER beta. Triclosan at 10(-5) M completely inhibited the induction of the oestrogen-responsive ERE-CAT reporter gene in MCF7 cells by 10(-10) M 17 beta-oestradiol and the stimulation of growth of MCF7 human breast cancer cells by 10(-10) M 17 beta-oestradiol. On its own, 1 mu M triclosan increased the growth of MCF7 cells over 21 days. Triclosan also had androgenic activity. It displaced [H-3]testosterone from binding to the ligand binding domain of the rat androgen receptor (AR). Triclosan was able to inhibit the induction of the androgen-responsive LTR-CAT reporter gene in S115 mouse mammary tumour cells by 10(-9) M testosterone and in T47D human breast cancer cells by 10(-8) M testosterone at concentrations of 10(-7) M and 10(-6) M, respectively. Triclosan at 2 x 10(-5) M antagonized the stimulation of the growth of S115+A mouse mammary tumour cells by 10(-9) M testosterone. The finding that triclosan has oestrogenic and androgenic activity warrants further investigation in relation to both endocrine disruption of aquatic wildlife and any possible impact on human health. Copyright (C) 2007 John Wiley & Sons, Ltd.

Evidence of a possible role for Lys-gamma 3-MSH in the regulation of adipocyte function

Lys-gamma 3-MSH is a melanocortin peptide derived from the C-terminal of the 16 kDa fragment of POMC. The physiological role of Lys-gamma 3-MSH is unclear, although it has previously been shown that, although not directly steroidogenic, it can act to potentiate the steroidogenic response of adrenal cortical cells to ACTH. This synergistic effect appears to be correlated with an ability to increase the activity of hormone sensitive lipase (HSL) and therefore the rate of cholesterol ester hydrolysis. Ligand binding studies have suggested that high-affinity binding sites for Lys-gamma 3-MSH exist in the adrenal gland and a number of other rat tissues that express HSL, including adipose, skeletal muscle and testes. To investigate the hypothesis that Lys-gamma 3-MSH may play a wider role in cholesterol and lipid metabolism, we tested the effect of Lys-gamma 3-MSH on lipolysis, an HSL-mediated process, in 3T3-L1 adipocytes. In comparison with other melanocortin peptides, Lys-gamma 3-MSH was found to be a potent stimulator of lipolysis. It was also able to phosphorylate HSL at key serine residues and stimulate the hyper-phosphorylation of perilipin A. The receptor through which the lipolytic actions of Lys-gamma 3-MSH are being mediated is not clear. Attempts to characterise this receptor suggest that either the pharmacology of the melanocortin receptor 5 in 3T3-L1 adipocytes is different from that described when expressed in heterologous systems or the possibility that a further, as yet uncharacterised, receptor exists.

Effect of sulphation on the oestrogen agonist activity of the phytoestrogens genistein and daidzein in MCF-7 human breast cancer cells

The phytoestrogens genistein, daidzein and the daidzein metabolite equol have been shown previously to possess oestrogen agonist activity. However, following consumption of soya diets, they are found in the body not only as aglycones but also as metabolites conjugated at their 4'- and 7-hydroxyl groups with sulphate. This paper describes the effects of monosulphation on the oestrogen agonist properties of these three phytoestrogens in MCF-7 human breast cancer cells in terms of their relative ability to compete with [H-3]oestradiol for binding to oestrogen receptor (ER), to induce a stably transfected oestrogen-responsive reporter gene (ERE-CAT) and to stimulate cell growth. In no case did sulphation abolish activity. The 4'-sulphadon of genistein reduced oestrogen agonist activity to a small extent in whole-cell assays but increased the relative binding affinity to ER. The 7-sulphation of genistein, and also of equol, reduced oestrogen agonist activity substantially in all assays. By contrast, the position of monosulphation of daidzein acted in an opposing manner on oestrogen agonist activity. Sulphation at the 4'-position of daidzein resulted in a modest reduction in oestrogen agonist activity but sulphation of daidzein at the 7-position resulted in an increase in oestrogen agonist activity. Molecular modelling and docking studies suggested that the inverse effects of sulphation could be explained by the binding of daidzein into the ligand-binding domain of the ER in the opposite orientation compared with genistein and equol. This is the first report of sulphation enhancing activity of an isoflavone and inverse effects of sulphation between individual phytoestrogens.

Glycogen phosphorylase inhibitors: a free energy perturbation analysis of glucopyranose spirohydantoin analogues

GP catalyzes the phosphorylation of glycogen to Glc-1-P. Because of its fundamental role in the metabolism of glycogen, GP has been the target for a systematic structure-assisted design of inhibitory compounds, which could be of value in the therapeutic treatment of type 2 diabetes mellitus. The most potent catalytic-site inhibitor of GP identified to date is spirohydantoin of glucopyranose (hydan). In this work, we employ MD free energy simulations to calculate the relative binding affinities for GP of hydan and two spirohydantoin analogues, methyl-hydan and n-hydan, in which a hydrogen atom is replaced by a methyl- or amino group, respectively. The results are compared with the experimental relative affinities of these ligands, estimated by kinetic measurements of the ligand inhibition constants. The calculated binding affinity for methyl-hydan (relative to hydan) is 3.75 +/- 1.4 kcal/mol, in excellent agreement with the experimental value (3.6 +/- 0.2 kcal/mol). For n-hydan, the calculated value is 1.0 +/- 1.1 kcal/mol, somewhat smaller than the experimental result (2.3 +/- 0.1 kcal/mol). A free energy decomposition analysis shows that hydan makes optimum interactions with protein residues and specific water molecules in the catalytic site. In the other two ligands, structural perturbations of the active site by the additional methyl- or amino group reduce the corresponding binding affinities. The computed binding free energies are sensitive to the preference of a specific water molecule for two well-defined positions in the catalytic site. The behavior of this water is analyzed in detail, and the free energy profile for the translocation of the water between the two positions is evaluated. The results provide insights into the role of water molecules in modulating ligand binding affinities. A comparison of the interactions between a set of ligands and their surrounding groups in X-ray structures is often used in the interpretation of binding free energy differences and in guiding the design of new ligands. For the systems in this work, such an approach fails to estimate the order of relative binding strengths, in contrast to the rigorous free energy treatment.

Aluminium, antiperspirants and breast cancer

Aluminium salts are used as the active antiperspirant agent in underarm cosmetics, but the effects of widespread, long term and increasing use remain unknown, especially in relation to the breast, which is a local area of application. Clinical studies showing a disproportionately high incidence of breast cancer in the upper outer quadrant of the breast together with reports of genomic instability in outer quadrants of the breast provide supporting evidence for a role for locally applied cosmetic chemicals in the development of breast cancer. Aluminium is known to have a genotoxic profile, capable of causing both DNA alterations and epigenetic effects, and this would be consistent with a potential role in breast cancer if such effects occurred in breast cells. Oestrogen is a well established influence in breast cancer and its action, dependent on intracellular receptors which function as ligand-activated zinc finger transcription factors, suggests one possible point of interference from aluminium. Results reported here demonstrate that aluminium in the form of aluminium chloride or aluminium chlorhydrate can interfere with the function of oestrogen receptors of MCF7 human breast cancer cells both in terms of ligand binding and in terms of oestrogen-regulated reporter gene expression. This adds aluminium to the increasing list of metals capable of interfering with oestrogen action and termed metal I oestrogens. Further studies are now needed to identify the molecular basis of this action, the longer term effects of aluminium exposure and whether aluminium can cause aberrations to other signalling pathways in breast cells. Given the wide exposure of the human population to antiperspirants, it will be important to establish dermal absorption in the local area of the breast and whether long term low level absorption could play a role in the increasing incidence of breast cancer. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Mechanisms of inverse agonist action at D-2 dopamine receptors

1 Mechanisms of inverse agonist action at the D-2(short) dopamine receptor have been examined. 2 Discrimination of G-protein-coupled and -uncoupled forms of the receptor by inverse agonists was examined in competition ligand-binding studies versus the agonist [H-3]NPA at a concentration labelling both G-protein-coupled and -uncoupled receptors. 3 Competition of inverse agonists versus [H-3] NPA gave data that were fitted best by a two-binding site model in the absence of GTP but by a one-binding site model in the presence of GTP. K-i values were derived from the competition data for binding of the inverse agonists to G-protein-uncoupled and -coupled receptors. K-coupled and K-uncoupled were statistically different for the set of compounds tested ( ANOVA) but the individual values were different in a post hoc test only for (+)-butaclamol. 4 These observations were supported by simulations of these competition experiments according to the extended ternary complex model. 5 Inverse agonist efficacy of the ligands was assessed from their ability to reduce agonist-independent [S-35]GTPγ S binding to varying degrees in concentration-response curves. Inverse agonism by (+)-butaclamol and spiperone occurred at higher potency when GDP was added to assays, whereas the potency of (-)-sulpiride was unaffected. 6 These data show that some inverse agonists ((+)-butaclamol, spiperone) achieve inverse agonism by stabilising the uncoupled form of the receptor at the expense of the coupled form. For other compounds tested, we were unable to define the mechanism.

Kinetic and crystallographic studies of glucopyranose spirohydantoin and glucopyranosylamine analogs inhibitors of glycogen phosphorylase

Glycogen phosphorylase (GP) is currently exploited as a target for inhibition of hepatic glycogenolysis under high glucose conditions. Spirohydantoin of glucopyranose and N-acetyl-beta-D-glucopyranosylamine have been identified as the most potent inhibitors of GP that bind at the catalytic site. Four spirohydantoin and three beta-D-glucopyranosylamine analogs have been designed, synthesized and tested for inhibition of GP in kinetic experiments. Depending on the functional group introduced, the K(i) values varied from 16.5 microM to 1200 microM. In order to rationalize the kinetic results, we determined the crystal structures of the analogs in complex with GP. All the inhibitors bound at the catalytic site of the enzyme, by making direct and water-mediated hydrogen bonds with the protein and by inducing minor movements of the side chains of Asp283 and Asn284, of the 280s loop that blocks access of the substrate glycogen to the catalytic site, and changes in the water structure in the vicinity of the site. The differences observed in the Ki values of the analogs can be interpreted in terms of variations in hydrogen bonding and van der Waals interactions, desolvation effects, ligand conformational entropy, and displacement of water molecules on ligand binding to the catalytic site.