Genistein protects prostate cells against hydrogen peroxide-induced DNA damage and induces expression of genes involved in the defence against oxidative stress

Prostate cancer is one of the most frequent cancer types in Western societies and predominately occurs in the elderly male. The strong age-related increase of prostate cancer is associated with a progressive accumulation of oxidative DNA damage which is presumably supported by a decline of the cellular antioxidative defence during ageing. Risk of developing prostate cancer is much lower in many Asian countries where soy food is an integral part of diet. Therefore, isoflavones from soy were suggested to have chemopreventive activities in prostate cells. Here, we have investigated the hypothesis that the soy-isoflavone genistein could protect DNA of LAPC-4 prostate cells from oxidative stress-related damage by enhancing the expression of antioxidative genes and proteins. A 24 h preincubation with genistein (1-30 microM) protected cells from hydrogen peroxide-induced DNA damage, as determined by the comet assay. Analysis of two cDNA macroarrays, each containing 96 genes of biotransformation and stress response, revealed a modulated expression of 3 genes at 1 microM and of 19 genes at 10 microM genistein. Real-time PCR confirmed the induction of three genes encoding products with antioxidant activities, namely glutathione reductase (2.7-fold), microsomal glutathione S-transferase 1 (1.9-fold) and metallothionein 1X (6.3-fold), at 1-30 microM genistein. 17Beta-estradiol, in contrast, decreased the expression of metallothionein 1X at 0.3 microM (2.0-fold), possibly pointing to an estrogen receptor-mediated regulation of this gene. Immunocytochemical staining revealed an induction of metallothionein proteins at 30 microM genistein, while their intracellular localization was unaffected. Metallothioneins were previously found to protect cells from hydrogen peroxide-induced DNA damage. Hence, our findings indicate that genistein protects prostate cells from oxidative stress-related DNA damage presumably by inducing the expression of antioxidative products, such as metallothioneins. Genistein, therefore, might counteract the age-related decline of important antioxidative defence systems which in turn maintain DNA integrity.

Qualidade espermática e danos de DNA em espermatozóides criopreservados de touros Nelore jovens, adultos e senis

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Impaired protamination and sperm DNA damage in a Nellore bull with high percentages of morphological sperm defects in comparison to normospermic bulls

The routine semen evaluation assessing sperm concentration, motility and morphology, does not identify subtle defects in sperm chromatin architecture. Bulls appear to have stable chromatin, with low levels of DNA fragmentation. However, the nature of fragmentation and its impact on fertility remain unclear and there are no detailed reports characterizing the DNA organization and damage in this species. The intensive genetic selection, the use of artificial insemination and in vitro embryo production associated to the cryopreservation process can contribute to the chromatin damage and highlights the importance of sperm DNA integrity for the success of these technologies. Frozen-thawed semen samples from three ejaculates from a Nellore bull showed high levels of morphological sperm abnormalities (55.8±5.1%), and were selected for complementary tests. Damage of acrosomal (76.9±8.9%) and plasma membranes (75.7±9.3%) as well as sperm DNA strand breaks (13.8±9.5%) and protamination deficiency (3.7±0.6%) were significantly higher compared to the values measured in the semen of five Nellore bulls with normospermia (24.3±3.3%; 24.5±6.1%; 0.6±0.5%; 0.4±0.6% for acrosome, plasma membrane, DNA breaks and protamine deficiency, respectively) (P<0.05). Motility and percentage of spermatozoa with low mitochondrial potential showed no differences between groups. This study shows how routine semen analyses (in this case morphology) may point to the length and complexity of sperm cell damage emphasizing the importance of sperm function testing.

Zinc supplementation reduced DNA breaks in Ethiopian women.

Assessment of zinc status remains a challenge largely because serum/plasma zinc may not accurately reflect an individual's zinc status. The comet assay, a sensitive method capable of detecting intracellular DNA strand breaks, may serve as a functional biomarker of zinc status. We hypothesized that effects of zinc supplementation on intracellular DNA damage could be assessed from samples collected in field studies in Ethiopia using the comet assay. Forty women, from villages where reported consumption of meat was less than once per month and phytate levels were high, received 20 mg zinc as zinc sulfate or placebo daily for 17 days in a randomized placebo-controlled trial. Plasma zinc concentrations were determined by inductively coupled plasma mass spectrometry. Cells from whole blood at the baseline and end point of the study were embedded in agarose, electrophoresed, and stained before being scored by an investigator blinded to the treatments. Although zinc supplementation did not significantly affect plasma zinc, mean (± SEM) comet tail moment measurement of supplemented women decreased from 39.7 ± 2.7 to 30.0 ± 1.8 (P< .005), indicating a decrease in DNA strand breaks in zinc-supplemented individuals. These findings demonstrated that the comet assay could be used as a functional assay to assess the effects of zinc supplementation on DNA integrity in samples collected in a field setting where food sources of bioavailable zinc are limited. Furthermore, the comet assay was sufficiently sensitive to detect changes in zinc status as a result of supplementation despite no significant changes in plasma zinc.

CHEK2 in Breast and Colorectal Cancer

Breast and colorectal cancers, are common types of cancer, with over two million newly diagnosed cases annually worldwide. Cancer is a genetic disease and defects in DNA integrity restoring functions make a significant contribution to cancer risk. CHEK2 is a checkpoint kinase functioning as a regulator of cell cycle checkpoints, apoptosis, and DNA repair in response to DNA double-strand breaks. The aim of this study was to evaluate the role of CHEK2 in breast cancer predisposition in Finnish breast cancer families and in breast cancer risk at the population level. We were interested in the clinical and biological characteristics of the breast tumors associated with the CHEK2 germline mutations or aberrant CHEK2 protein expression and the effect on survival of patients with these CHEK2 defects. We also assessed the role of CHEK2 mutations, namely 1100delC and I157T, in colorectal cancer susceptibility in Finland. CHEK2 I157T was found to be a low-penetrance breast cancer susceptibility allele, conferring a 1.4-fold risk for carriers. Reduced or absent CHEK2 protein expression was observed in one-fifth of breast tumors from patients unselected for family history, implying that defective CHEK2 signaling contributes to tumorigenesis. Reduction in CHEK2 expression was more common in tumors with larger diameter and ER expression, but with regard to other tumor characteristics and prognosis of a patient no association was observed. Results from comparison of CHEK2 1100delC carrier tumors with noncarrier tumors were in line with the findings from the CHEK2 expression study. Tumors from CHEK2 1100delC carriers were more often of higher grade than tumors from noncarriers, and they also tended to be ER-positive more often, although generally 1100delC status does not seem to radically affect the tumor characteristics. Our results suggest that CHEK2 1100delC may not be a susceptibility allele for CRC, although a very small effect cannot be excluded. Furthermore, CHEK2 1100delC is equally frequent in HBCC (hereditary breast and colorectal cancer) phenotype families and in breast cancer families. Over 1000 CRC cases were screened for CHEK2 I157T, and a significantly higher frequency of I157T was observed among both familial and sporadic CRC cases. The relation of CHEK2 I157T with familial CRC has not been studied previously. CHEK2 I157T seems to be a susceptibility allele for both familial and sporadic CRC, conferring a 1.5-fold risk for carriers of this variant. CHEK2 I157T has been proposed to have a role as a multiple cancer susceptibility allele, which is supported by our results since we observed a trend towards higher frequency of the variant among cases with multiple primary tumors or those with a family history of cancer. During the last five years CHEK2 has established its role as an important cancer susceptibility gene. It has become apparent that CHEK2 is a low-penetrance susceptibility gene for several cancer types, significantly contributing to familial cancer risk as well as to cancer risk at the population level.

Components of fractionated stallion seminal plasma and the effects of seminal plasma on sperm longevity

Seminal plasma (SP) is the fluid portion of semen, secreted by the epididymides and the accessory glands before and during ejaculation. The stallion s ejaculate is a series of jets that differ in sperm concentration, semen volume and biochemical composition. Before the actual ejaculation, a clear and watery pre-sperm fluid is secreted. The first three jets form the sperm-rich fractions, and contain ¾ of the total number of sperm. The semen volume and sperm concentration in each of the jets decrease towards the end of the ejaculation, and the last jets are sperm-poor fractions with a low sperm concentration. The aims of these studies were to examine the effects of the different SP fractions, and the presence of SP, on sperm survival during storage. Pre-sperm fluid, and semen fractions with a high (sperm-rich) and low (sperm-poor) sperm concentration were collected in five experiments. The levels of selected enzymes, electrolytes and proteins in different SP fractions were determined. These studies also aimed at assessing the individual variation in the levels of the selected SP components and in the effects of SP on spermatozoa. The association between the components of SP and semen quality, sperm longevity, and fertility was examined with a stepwise linear regression analysis. Compared to samples containing SP during storage, centrifugation and the subsequent removal of SP reduced sperm motility parameters during 24 h of cooled storage in all SP fractions, but sperm membrane integrity was not affected. Some of the measured post-thaw motility parameters were also higher in samples containing SP compared to samples stored without SP. In contrast, the proportion of DNA-damaged spermatozoa was greater in the samples stored with SP than those without SP, and this effect was seen in both sperm-rich and sperm-poor fractions. There were no differences in DNA integrity between fractions stored with SP, but the sperm-rich fraction showed less DNA damage than the sperm-poor fraction after SP removal. The differences between fractions in sperm motility after cooled storage were non-significant. The levels of alkaline phosphatase, acid phosphatase and β-glucuronidase were higher in the sperm-rich fractions compared to the sperm-poor fractions, while the concentrations of calcium and magnesium were higher in sperm-poor fractions than in sperm-rich fractions. The concentrations of sodium and chloride were highest in pre-sperm fluid. In the sperm-poor fraction, the level of potassium was associated with the maintenance of sperm motility during storage. The levels of alkaline and acid phosphatase were associated with sperm concentration and the total number of spermatozoa in the ejaculates. None of the measured SP components were correlated to the first cycle pregnancy rate. In summary, the removal of SP improved DNA integrity after cooled storage compared with samples containing SP. There were no differences in the maintenance of sperm motility between the sperm-rich and sperm-poor fractions and whole ejaculates during cooled storage, irrespective of the presence of SP. The lowest rate of DNA damage was found in the sperm-rich fractions stored without SP. In practice, the results presented in this thesis support the use of individual modifications of semen processing techniques for cooled transported semen from subfertile stallions.

Experimente über die Wirkung von UV-B auf pelagische Fischembryonen in einem Sonnenscheinsimulator

One of the supposed effects of the observed ozone depletion is the increase of solar UV-B irradiation at the seasurface. This will cause an impact on certain compartments of marine ecosystems. Especially, sensitive developmental stages of pelagic fish embryos might be affected. Embryos of dab (Limanda limanda) and plaice (Pleuronectes plalessa) were experimentally exposed 10 different amounts of UVB irradiation in a sunshine simulator. This programmable device allows the dosage of realistic solar irradiation in quality and guantity. Experiments were carried out in March 1995 and February 1996. Either artificially inserninated and reared emhryos of dab and plaice or embryos caught in the German Bight were exposed to simulated solar irradiation. The 1995 experiments served to identify the effective irradiation dosages. For the 1996 experiments irradiation applied was much lower, being dose to realistic valucs expected over the North Sea as a consequence of ozone depletion. The following end points were studied: 1. Mortality, 2. sublethal morphological effects (malformations), 3. DNA damage, 4. changes in buoyancy of embryos measured as changes in osmolarity of the perivitelline fluid. Conditions for the simulation of daylight were a c1oudless sky with a solar zenith distance of 34 % (air mass 1.2). The adopted ozone depletion was 40 % corresponding to 180 DU (Dobson Units) instead of 300 DU. In the 1995 experiments time and dosage dependent influenccs on mortality and buoyancy of embryos of dab and plaice were found. Even in those embryos which were protected from the UV-B spectral range a loss of buoyancy was registered after 12 hours in the simulator. No diffcrences in DNA integrity as determined by DNA unwinding of exposed and control embryos were found. Also with lower amounts of irradiation in the 1996 experiments dosage dependent acute mortality, malformations, and impact on the buoyancy of the emhryos was registered. Sublethal effects occurred as well in embryos protected against UV-B in the exposure chambers, but were not found in the dark controls. The impact of low dosages of UV-B on the buoyancy of pelagic fish embryos might indicate an important ecological threat and deserves further studies.

Efeitos genotóxicos e bioquímicos de xenobióticos em animais aquáticos

No presente trabalho, foi estudado um largo espectro de efeitos genotóxicos e bioquímicos na tainha-garrento (Liza aurata). Nos Capítulos II e III são descritos os efeitos de exposição de curta duração ao fenantreno, um hidrocarboneto aromático policíclico (HAP). A exposição de curta duração (16 horas) demonstrou a capacidade deste composto induzir a actividade da enzima de fase I da biotransformação, etoxiresorufina O-desetilase (EROD), provocar decréscimos de integridade no ADN hepático e aumento de anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Em termos de respostas de stresse, os níveis plasmáticos de cortisol e glucose aumentaram face à exposição a este HAP. A exposição ao fenantreno induziu o decréscimo da glutationa peroxidase (GPx) nas guelras, enquanto que no fígado a actividade da GPx aumentou. No rim, a actividade da glutationa S-transferase (GST) foi inibida. Nas guelras, verificou-se um aumento da catalase. O fenantreno demonstrou igualmente a capacidade de induzir um aumento dos níveis de glutationa nas guelras e fígado. Estas respostas demonstraram a sensibilidade de L. aurata, a este HAP, realçando a especificidade das respostas em termos de órgãos. Apesar dos aumentos das defesas antioxidantes, o potencial tóxico deste composto foi demonstrado pelo aumento da peroxidação lipídica nos três órgãos. Nos capítulos seguintes, são descritas as respostas de L. aurata capturada na Ria de Aveiro, em locais com diferentes perfis de contaminação, inicialmente no Outono de 2005 (Capítulos III a IX) e posteriormente analisando respostas sazonais (Capítulos X e XI). A análise de respostas de stresse (cortisol, glucose e lactato) revelou que L. aurata capturada em Vagos (local contaminado por HAPs) apresentava níveis baixos de cortisol, enquanto que no Laranjo (local contaminado por mercúrio) apresentavam elevados níveis de glucose e lactato. Relativamente às hormonas do eixo hipotálamo – hipófise – tiróide (HHT), foram observados elevados níveis plasmáticos da hormona estimuladora da tiróide (TSH) nos organismos capturados no Laranjo, baixos níveis de tiroxina (T4) nos organismos da Barra (local sujeito a tráfego naval) e baixos níveis de triiodotironina (T3) no Rio Novo do Príncipe (próximo de um antigo efluente de pasta de papel), Laranjo e Vagos. A avaliação das defesas antioxidantes, dano oxidativo e genotóxico nas guelras, rim e fígado revelou diferenças significativas nas respostas dos órgãos. L. aurata capturada na Barra apresentou dano oxidativo nas guelras (Capítulo V). No rim foi detectada uma diminuição da integridade do ADN no Rio Novo do Príncipe e Vagos (Capítulo VI), enquanto que no fígado foi observado dano lipídico na Gafanha e Vagos (Capítulo VIII). O dano não esteve sempre associado a um decréscimo das defesas. As análises da água e do sedimento da Ria de Aveiro (Outono de 2005) revelaram elevadas concentrações de metais (Cd, Hg, Cu e Zn),principalmente, no Laranjo e Rio Novo do Príncipe. L. aurata capturada nestes locais apresentou os níveis mais elevados de metalotioninas hepáticas (Capítulo VII) que parecem responsáveis pela inexistência de danos no fígado (Capítulo VIII). O dano oxidativo no ADN, avaliado através da quantificação dos níveis plasmáticos de 8-hidroxi-2-desoxiguanosina (8-OHdG) e o dano clastogénico/aneugénico, avaliado através da quantificação da frequência de ANE, foram estudados, no Outono de 2005, em duas espécies de peixes (L. aurata e Dicentrarchus labrax - robalo) (Capítulo IX). Os resultados revelaram grande sensibilidade de D. labrax em termos de dano oxidativo no ADN na Gafanha, Rio Novo do Príncipe e Vagos, enquanto que L. aurata apresentou dano oxidativo apenas no Laranjo. O aumento da frequência de ANE apenas foi detectado em L. aurata, em Vagos, não se tendo detectado correlação entre estes dois parâmetros. O estudo sazonal (Maio de 2006 a Março de 2007) do dano oxidativo no ADN e frequência de ANE em L. aurata (Capítulo X) demonstrou a variação destes parâmetros com a estação do ano, apesar de não se ter verificado correlação com os parâmetros hidrológicos determinados. No entanto, no local de referência não se verificaram diferenças sazonais, o que sugere que estes biomarcadores reflectem variações de biodisponibilidade de contaminantes. A análise global dos resultados das diferentes estações do ano revelou que L. aurata capturada no Rio Novo do Príncipe e em Vagos apresentou maior susceptibilidade a dano oxidativo no ADN. No entanto, apenas L. aurata capturada em Vagos apresentou frequência de ANE superior à do local de referência. Os dados do estudo sazonal revelaram uma correlação entre dano oxidativo e ANE, sugerindo o stresse oxidativo como um possível mecanismo envolvido na formação de anomalias. A integridade do ADN das guelras, rim, fígado e sangue de L. aurata foi igualmente estudada ao longo de um ano (Capítulo XI), tendo-se verificado uma grande variabilidade ao longo deste período. Não foi demonstrada sensibilidade a um perfil de contaminação específico, tendo-se verificando variabilidade sazonal no local de referência. Globalmente, os resultados demonstraram a importância da utilização de uma bateria de biomarcadores na monitorização ambiental e a especificidade da resposta dos diferentes órgãos de L. aurata.

Avaliação do efeito de metais pesados na fertilidade do ratinho

A infertilidade é um problema actual que afecta cerca de 8 a 12% dos casais em idade fértil, sendo 50% dos casos atribuídos ao factor masculino. A exposição ocupacional e/ou ambiental a metais pesados representa uma das suas principais causas. O chumbo, o cádmio e o crómio são metais com elevada utilização industrial e muito persistentes no ambiente, sendo motivo de grande preocupação devido aos seus efeitos na saúde reprodutiva dos trabalhadores e da população em geral. Neste trabalho estudaram-se os efeitos do cloreto de chumbo (PbCl2), cloreto de cádmio (CdCl2) e cromato de potássio (K2CrO4) na fertilidade, usando como modelo ratinhos machos ICR-CD1. Os ratinhos foram injectados subcutaneamente com 74 e 100 mg de PbCl2/kg pc ou com 5 e 10 mg de K2CrO4/kg pc, respectivamente, durante 4 dias consecutivos ou com 1, 2 e 3 mg de CdCl2/kg pc numa única injecção. Nos ensaios com PbCl2 e K2CrO4 os animais foram sacrificados 5 e 35 dias após o início da exposição, enquanto que nos ensaios com CdCl2 os animais foram sacrificados após 24 horas e 35 dias. O cloreto de chumbo não alterou a histologia do testículo nem do epidídimo, mas induziu um aumento da percentagem de células em fase S no testículo. O cloreto de chumbo alterou também alguns parâmetros dos espermatozóides, tais como a motilidade, morfologia e integridade do acrossoma. Contudo, não foram observados efeitos na integridade do DNA ou na estrutura da cromatina. O cloreto de cádmio induziu lesões severas e não reversíveis nos testículos que, após 35 dias, reverteram em necrose testicular. O cloreto de cádmio alterou ainda as subpopulações de células testiculares após 24 horas e induziu IMS no testículo após 35 dias. Em consequência das lesões no testículo, a densidade espermática foi severamente afectada após 35 dias. A exposição ao cloreto de cádmio afectou também a morfologia, a motilidade e a integridade acrossómica nos espermatozóides. O cloreto de cádmio induziu ainda fragmentação do DNA nestas células após 35 dias. O cromato de potássio alterou a morfologia dos espermatozóides e a integridade do acrossoma, sobretudo nos animais sacrificados após 35 dias. Verificou-se ainda uma redução da motilidade dos espermatozóides. Não foram detectados efeitos genotóxicos nos espermatozóides, devido à acção do K2CrO4 nas doses testadas. Dos parâmetros avaliados neste trabalho, destacam-se duas novas abordagens, nomeadamente o programa informático Snakes e a análise do conteúdo em DNA de células de testículo, a partir de material incluído em parafina. O Snakes permitiu fazer medições rigorosas do diâmetro dos tubos seminíferos, enquanto que a fixação de amostras de testículo de ratinhos em formol tamponado e inclusão em parafina resultou numa boa preservação do DNA, possibilitando assim a quantificação das subpopulações de células testiculares por citometria de fluxo. Os resultados obtidos para os diferentes parâmetros testados indicam que a motilidade dos espermatozóides e a integridade do acrossoma sejam parâmetros sensíveis à toxicidade de metais. O acrossoma aparenta ser um dos principais alvos da toxicidade dos metais e cuja reacção acrossómica prematura pode reduzir a capacidade do espermatozóide para fertilizar o oócito. Assim, este trabalho representa uma contribuição para uma melhor compreensão dos efeitos do chumbo, cádmio e crómio na fertilidade masculina.

Genotoxic risk of herbicides to Anguilla anguilla L.

No contexto dos contaminantes aquáticos, os herbicidas são considerados como um dos grupos mais perigosos. Uma vez aplicados, estes são facilmente transportados para cursos de água, quer devido a uma pulverização pouco cuidada ou devido a fenómenos de escorrência superficial e/ou subterrânea. A presença destes agroquímicos no ambiente tem vindo a ser associada a efeitos nefastos em organismos não-alvo, como é o caso dos peixes. Contudo, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito à informação científica relacionada com o seu impacto genotóxico. Deste modo, a presente tese foi delineada com o intuito de avaliar o risco genotóxico em peixes de duas formulações de herbicidas: o Roundup®, que tem como princípio activo o glifosato, e o Garlon®, que apresenta o triclopir na base da sua constituição, produtos estes largamente utilizados na limpeza de campos agrícolas, assim como em florestas. Foi ainda planeado desenvolver uma base de conhecimento no que diz respeito aos mecanismos de dano do ADN. Como último objectivo, pretendeu-se contribuir para a mitigação dos efeitos dos agroquímicos no biota aquático, nomeadamente em peixes, fornecendo dados científicos no sentido de melhorar as práticas agrícolas e florestais. Este estudo foi realizado adoptando a enguia europeia (Anguilla anguilla L.) como organismo-teste, e submetendo-a a exposições de curta duração (1 e 3 dias) dos produtos comerciais mencionados, em concentrações consideradas ambientalmente realistas. Para a avaliação da genotoxicidade foram aplicadas duas metodologias: o ensaio do cometa e o teste das anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Enquanto o ensaio do cometa detecta quebras na cadeia do ADN, um dano passível de ser reparado, o aparecimento das ANE revela lesões cromossomais, sinalizando um tipo de dano de difícil reparação. O ensaio do cometa foi ainda melhorado com uma nova etapa que incluiu a incubação com enzimas de reparação (FPG e EndoIII), permitindo perceber a ocorrência de dano oxidativo no ADN. No que diz respeito ao Roundup®, o envolvimento do sistema antioxidante como indicador de um estado próoxidante foi também alvo de estudo. Uma vez que as referidas formulações se apresentam sob a forma de misturas, o potencial genotóxico dos seus princípios activos foi também avaliado individualmente. No caso particular do Roundup®, também foram estudados o seu surfactante (amina polietoxilada; POEA) e o principal metabolito ambiental (ácido aminometilfosfórico; AMPA). Os resultados obtidos mostraram a capacidade do Roundup® em induzir tanto dano no ADN (em células de sangue, guelras e fígado) como dano cromossómico (em células de sangue). A investigação sobre o possível envolvimento do stresse oxidativo demonstrou que o tipo de dano no ADN varia com as concentrações testadas e com a duração da exposição. Deste modo, com o aumento do tempo de exposição, os processos relacionados com o envolvimento de espécies reactivas de oxigénio (ERO) ganharam preponderância como mecanismo de dano no ADN, facto que é corroborado pela activação do sistema antioxidante observado nas guelras, assim como pelo aumento dos sítios sensíveis a FPG em hepatócitos. O glifosato e o POEA foram também considerados genotóxicos. O POEA mostrou induzir uma maior extensão de dano no ADN, tanto comparado com o glifosato como com a mistura comercial. Apesar de ambos os componentes contribuirem para a genotoxicidade da formulação, a soma dos seus efeitos individuais nunca foi observada, apontando para um antagonismo entre eles e indicando que o POEA não aumenta o risco associado ao princípio activo. Deste modo, realça-se a necessidade de regulamentar limiares de segurança para todos os componentes da formulação, recomendando, em particular, a revisão da classificação do risco do POEA (actualmente classificado com “inerte”). Uma vez confirmada a capacidade do principal metabolito do glifosato – AMPA – em exercer dano no ADN assim como dano cromossómico, os produtos da degradação ambiental dos princípios activos assumem-se como um problema silencioso, realçando assim a importância de incluir o AMPA na avaliação do risco relacionado com herbicidas com base no glifosato. A formulação Garlon® e o seu princípio activo triclopir mostraram um claro potencial genotóxico. Adicionalmente, o Garlon® mostrou possuir um potencial genotóxico mais elevado do que o seu princípio activo. No entanto, a capacidade de infligir dano oxidativo no ADN não foi demonstrada para nenhum dos agentes. No que concerne à avaliação da progressão do dano após a remoção da fonte de contaminação, nem os peixes expostos a Roundup® nem os expostos a Garlon® conseguiram restaurar completamente a integridade do seu ADN ao fim de 14 dias. No que concerne ao Roundup®, o uso de enzimas de reparação de lesões específicas do ADN associado ao teste do cometa permitiu detectar um aparecimento tardio de dano oxidativo, indicando deste modo um decaimento progressivo da protecção antioxidante e ainda uma incapacidade de reparar este tipo de dano. O período de pós-exposição correspondente ao Garlon® revelou uma tendência de diminuição dos níveis de dano, apesar de nunca se observar uma completa recuperação. Ainda assim, foi evidente uma intervenção eficiente das enzimas de reparação do ADN, mais concretamente as direccionadas às purinas oxidadas. A avaliação das metodologias adoptadas tornou evidente que o procedimento base do ensaio do cometa, que detecta apenas o dano nãoespecífico no ADN, possui algumas limitações quando comparado com a metodologia que incluiu a incubação com as enzimas de reparação, uma vez que a última mostrou reduzir a possibilidade de ocorrência de resultados falsos negativos. Os dois parâmetros adoptados (ensaio do cometa e teste das ANE) demonstraram possuir aptidões complementares, sendo assim recomendado a sua utilização conjunta com vista a efectuar uma avaliação mais adequada do risco genotóxico. Globalmente, os resultados obtidos forneceram indicações de grande utilidade para as entidades reguladoras, contribuindo ainda para a (re)formulação de medidas de conservação do ambiente aquático. Neste sentido, os dados obtidos apontam para a importância da avaliação de risco dos herbicidas incluir testes de genotoxicidade. A magnitude de risco detectada para ambas as formulações adverte para a necessidade de adopção de medidas restritivas em relação à sua aplicação na proximidade de cursos de água. Como medidas mitigadoras de impactos ambientais, aponta-se o desenvolvimento de formulações que incorporem adjuvantes selecionados com base na sua baixa toxicidade.

Alternative strategies for deciphering the genetic architecture of childhood Pre-B acute lymphoblastic leukemia

La leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) est une maladie génétique complexe. Malgré que cette maladie hématologique soit le cancer pédiatrique le plus fréquent, ses causes demeurent inconnues. Des études antérieures ont démontrées que le risque à la LLA chez l’enfant pourrait être influencé par des gènes agissant dans le métabolisme des xénobiotiques, dans le maintient de l’intégrité génomique et dans la réponse au stress oxydatif, ainsi que par des facteurs environnementaux. Au cours de mes études doctorales, j’ai tenté de disséquer davantage les bases génétiques de la LLA de l’enfant en postulant que la susceptibilité à cette maladie serait modulée, au moins en partie, par des variants génétiques agissant dans deux voies biologiques fondamentales : le point de contrôle G1/S du cycle cellulaire et la réparation des cassures double-brin de l’ADN. En utilisant une approche unique reposant sur l’analyse d’une cohorte cas-contrôles jumelée à une cohorte de trios enfants-parents, j’ai effectué une étude d’association de type gènes/voies biologiques candidats. Ainsi, j’ai évaluer le rôle de variants provenant de la séquence promotrice de 12 gènes du cycle cellulaire et de 7 gènes de la voie de réparation de l’ADN, dans la susceptibilité à la LLA. De tels polymorphismes dans la région promotrice (pSNPs) pourraient perturber la liaison de facteurs de transcription et mener à des différences dans les niveaux d’expression des gènes pouvant influencer le risque à la maladie. En combinant différentes méthodes analytiques, j’ai évalué le rôle de différents mécanismes génétiques dans le développement de la LLA chez l’enfant. J’ai tout d’abord étudié les associations avec gènes/variants indépendants, et des essaies fonctionnels ont été effectués afin d’évaluer l’impact des pSNPs sur la liaison de facteurs de transcription et l’activité promotrice allèle-spécifique. Ces analyses ont mené à quatre publications. Il est peu probable que ces gènes de susceptibilité agissent seuls; j’ai donc utilisé une approche intégrative afin d’explorer la possibilité que plusieurs variants d’une même voie biologique ou de voies connexes puissent moduler le risque de la maladie; ces travaux ont été soumis pour publication. En outre, le développement précoce de la LLA, voir même in utero, suggère que les parents, et plus particulièrement la mère, pourraient jouer un rôle important dans le développement de cette maladie chez l’enfant. Dans une étude par simulations, j’ai évalué la performance des méthodes d’analyse existantes de détecter des effets fœto-maternels sous un design hybride trios/cas-contrôles. J’ai également investigué l’impact des effets génétiques agissant via la mère sur la susceptibilité à la LLA. Cette étude, récemment publiée, fût la première à démontrer que le risque de la leucémie chez l’enfant peut être modulé par le génotype de sa mère. En conclusions, mes études doctorales ont permis d’identifier des nouveaux gènes de susceptibilité pour la LLA pédiatrique et de mettre en évidence le rôle du cycle cellulaire et de la voie de la réparation de l’ADN dans la leucémogenèse. À terme, ces travaux permettront de mieux comprendre les bases génétiques de la LLA, et conduiront au développement d’outils cliniques qui amélioreront la détection, le diagnostique et le traitement de la leucémie chez l’enfant.

Rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l'ADN

Les centrosomes sont les centres organisateurs des microtubules et jouent un rôle crucial dans l’organisation du fuseau bipolaire pendant la mitose. Plus récemment, le rôle des centrosomes dans la régulation de l’entrée en mitose a été mis en évidence. Les centrosomes semblent également contribuer à l’activation du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions de l’ADN en servant de point de rencontre pour les régulateurs du cycle cellulaire et les gènes de réponse aux dommages à l’ADN. L’amplification du nombre de centrosomes est une caractéristique des cellules tumorales mais de façon intéressante, elle constitue aussi une réponse des cellules aux dommages à l’ADN. Les mécanismes qui régulent l’homéostasie et la dynamique des centrosomes sont encore mal compris. Pour mieux comprendre le rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l’ADN, le recrutement et/ou l’activation au niveau des centrosomes des kinases impliquées dans les voies de signalisation de ce point de contrôle ont été étudiés par immunofluorescence indirecte sur cellules HeLaS3 ou par Western blot sur des fractions enrichies en centrosomes. Nos résultats montrent que les kinases ATM, ATR, CHK1 et CHK2 sont actives dans les centrosomes de cellules en phase G2. En réponse à l’activation du point de contrôle en G2/M, les formes actives de ces kinases diminuent au niveau des centrosomes. Pour identifier de nouveaux acteurs centrosomaux potentiellement impliqués dans la régulation de ce point de contrôle, une analyse comparative des protéomes de centrosomes purifiés a également été réalisée par spectrométrie de masse. Pour étudier plus particulièrement la fonction de CHK2 au niveau des centrosomes, nous avons développer des outils moléculaires qui serviront à déterminer le rôle de la sous population de CHK2 localisée aux centrosomes 1) dans la régulation de l’entrée en mitose au cours d’un cycle normal 2) dans l’activation et la stabilité du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions l’ADN et 3) dans l’homéostasie et la dynamiques des centrosomes en réponse aux dommages à l’ADN. Cette étude permettra de mieux comprendre la fonction des centrosomes dans la réponse cellulaire au stress génotoxiques anti-cancereux et de révéler de nouvelles fonctions potentielles pour la kinase CHK2.

Comparaison de deux nouvelles méthodes d’évaluation de la fertilité masculine avec le spermogramme chez des patients ayant recours à la fécondation in vitro

Des facteurs masculins sont identifiés dans près de la moitié des cas d’infertilité. À ce jour, les tests évaluant la fertilité masculine demeurent peu prédictifs de la survenue d’une grossesse. Dans le but de pallier cette lacune, nous avons mis au point deux nouveaux tests mesurant l’intégrité de l’ADN et le temps de survie des spermatozoïdes. Nous avons effectué une étude prospective portant sur 42 couples infertiles suivis en fécondation in vitro (FIV). Le spermogramme a été effectué selon les critères de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS) et le temps de survie des spermatozoïdes exposés à un détergent cationique a été mesuré en observant la mobilité sous microscope. L’intégrité de l’ADN des spermatozoïdes a été vérifiée par la nouvelle méthode de marquage radioenzymatique et par analyse de la structure de la chromatine (SCSA). Tous les tests ont été réalisés sur la partie des échantillons de sperme non utilisée par la clinique de fertilité. Le projet a été approuvé par le comité d’éthique du Centre Hospitalier Universitaire de Montréal (CHUM) et les patients ont préalablement signé un formulaire de consentement éclairé. L’analyse des paramètres du spermogramme et de l’intégrité de l’ADN n’a montré aucune différence statistiquement significative entre les données chez les couples avec ou sans grossesse. Cependant, le taux de grossesse biochimique était statistiquement plus élevé chez les couples dont le temps de survie des spermatozoïdes était long (>250 s) comparativement à ceux dont ce temps était court (≤250 s): 66% vs 27% respectivement (p<0,05). Les taux de grossesse clinique et d’implantation étaient aussi plus élevés, mais les différences n’atteignaient pas le seuil de signification statistique. Nos résultats confirment que le spermogramme et la mesure de la fragmentation de l’ADN des spermatozoïdes ne sont pas de bons facteurs prédictifs des résultats de la FIV. Par contre, le test de survie des spermatozoïdes serait un meilleur indicateur de la possibilité d’une grossesse en FIV. L’amélioration de sa spécificité et un plus grand nombre de sujets sont nécessaires avant de proposer son application en clinique de fertilité.

Stress oxydatif, fonction mitochondriale et maladie inflammatoire de l'intestin

CONTEXTE: Bien que la dysfunction mitochondriale et le stress oxydant jouent des rôles prépondérants dans plusieurs conditions pathologiques, ils n’ont pas été étudiés de façon extensive au niveau du tube digestif qui est constamment exposé aux oxydants (provenant de l’alimentation) et à divers agents pathogènes. L’ingestion simultanée de sels ferreux et d’acide ascorbique peut causer le dommage des macromolécules par oxydation. Le ‘’Nuclear factor erythroid 2 related factor’’ (Nrf2) est un important facteur de transcription sensible au potentiel redox et qui protège contre le stress oxydant en induisant des gènes anti-oxydants et de detoxification par sa liaison à l’élément de réponse antioxydante (ARE). Les fonctions anti-oxydantes et anti-inflammatoires de Nrf2 ont été décrites dans une variété de types cellulaires et de tissus. Cependant son rôle est très peu connu au niveau du tube digestif. OBJECTIFS: Les objectifs sont d’évaluer comment la peroxydation lipidique médiée par le fer/ascorbate (FE/ASC) affecte les fonctions mitochondriales dans les cellules Caco-2/15, et de déterminer l’ampleur de l’implication de Nrf2. MÉTHODES: Le stress oxydant a été induit dans les cellules Caco2/15 en les traitant avec 0.2mm/2mm de FE/ASC. L’augmentation de l’expression de Nrf2 a été obtenue suite au prétraitement des cellules Caco2/15 avec 50 μM d’Olitpraz (OPZ), un puissant activateur. L’invalidation du gène de Nrf2 a été réalisée dans les cellules par transfection avec un vecteur lentiviral contenant un shRNA contre Nrf2. RÉSULTATS: Nos résultats montrent que le traitement des cellules Caco-2/15 avec du FE/ASC (0.2 mm/2 mm) augmente les niveaux du malondialdehyde (MDA), réduit la production d’ATP, entraîne une surcharge mitochondriale de calcium, active l’expression protéique du cytochrome C et de l’AIF (apoptotic inducing factor), réduit l’activité des complexes I, II, 2 III et IV de la chaîne respiratoire mitochondriale, augmente les niveaux de 8-OHdG, un marqueur des dommages à l’ADN mitochondrial, diminue la DNA glycosylase, et altère les expressions génique et protéique des facteurs de transcription mitochondriaux (mtTFA, mtTFB1, mtTFB2). De plus, nos observations montrent que l’induction et l’activation de Nrf2 dans les cellules Caco-2/15 résultent en: une augmentation des enzymes anti-oxydantes endogènes (catalase, glutathion peroxydase, et superoxyde dismutase), une réduction du facteur nucléaire NFκβ et de TNF-α, une augmentation de la production d’ ATP et de l’activité des complexes respiratoires (I, II, III, IV) et de PGC-1α, et une régulation des niveaux de la prohibitine mitochondriale, du Bcl-2 anti-apoptotique et de l’occludine. CONCLUSION: Dans l’ensemble, nos résultats montrent que l’exposition aigüe des cellules Caco-2/15 à la peroxydation par le FE/ASC entraîne des effets pathologiques sur les fonctions mitochondriales et l’intégrité de l’ADN, qui sont abolis par l’induction de Nrf2. Il en ressort que Nrf2 joue un rôle majeur dans la protection de l’épithélium intestinal contre le stress oxydant.

Microbicidal Action of Indole-3-Acetic Acid Combined with Horseradish Peroxidase on Prototheca zopfii from Bovine Mastitis

We investigated the toxic effect of indole-3-acetic acid (IAA) combined with horseradish peroxidase (HRP) on Prototheca zopfii from bovine mastitis. P. zopfii isolates were identified and characterized by morpho-physiological parameters; presences of P. zopfii genotype 2 were also investigated. Subsequently, P. zopfii was incubated in the absence (control) or presence of IAA/HRP and examined for: (i) cell viability; (ii) colonies number formation; (iii) antioxidant enzyme activity; and (iv) DNA integrity. Significance of differences was calculated using ANOVA and Tukey`s test (P a parts per thousand currency sign 0.05). As evidenced by Trypan blue exclusion and colony formation in Sabouraud dextrose agar, IAA/HRP addition to the culture reduced respective P. zopfii viability and P. zopfii colony formation in a concentration- and time-dependent manner. IAA/HRP specifically reduced cell viability in 10, 15, 20, 25, and 32% after 4, 6, 8, 10, and 12 h of incubation, respectively, compared with the control at the same time. The number of colony formation was inhibited (45, 82, and 88%) by IAA/HRP after 4, 6, and 9 h of incubation, respectively, compared with the control at the same time. In addition, P. zopfii antioxidant activity increased measurably in the presence of IAA/HRP (6 h); superoxide dismutase, catalase, glutathione reductase, and glutathione peroxidase increased by 90, 120, 150% and 3.4 times, compared with the controls. IAA/HRP did not appear to effect P. zopfii DNA integrity when examined by electrophoresis. In conclusion, IAA/HRP appears to function as a microbicidal mechanism on P. zopfii genotype 2 from bovine mastitis.