Marquage fluorescent des protéines pour étudier les enzymes protéolytiques solubles et immobilisées par la cartographie peptidique électrophorétique

La cartographie peptidique est une méthode qui permet entre autre d’identifier les modifications post-traductionnelles des protéines. Elle comprend trois étapes : 1) la protéolyse enzymatique, 2) la séparation par électrophorèse capillaire (CE) ou chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC) des fragments peptidiques et 3) l’identification de ces derniers. Cette dernière étape peut se faire par des méthodes photométriques ou par spectrométrie de masse (MS). Au cours de la dernière décennie, les enzymes protéolytiques immobilisées ont acquis une grande popularité parce qu’elles peuvent être réutilisées et permettent une digestion rapide des protéines due à un rapport élevé d’enzyme/substrat. Pour étudier les nouvelles techniques d’immobilisation qui ont été développées dans le laboratoire du Professeur Waldron, la cartographie peptidique par CE est souvent utilisée pour déterminer le nombre total de peptides détectés et leurs abondances. La CE nous permet d’avoir des séparations très efficaces et lorsque couplée à la fluorescence induite par laser (LIF), elle donne des limites de détection qui sont 1000 fois plus basses que celles obtenues avec l’absorbance UV-Vis. Dans la méthode typique, les peptides venant de l’étape 1) sont marqués avec un fluorophore avant l’analyse par CE-LIF. Bien que la sensibilité de détection LIF puisse approcher 10-12 M pour un fluorophore, la réaction de marquage nécessite un analyte dont la concentration est d’au moins 10-7 M, ce qui représente son principal désavantage. Donc, il n’est pas facile d’étudier les enzymes des peptides dérivés après la protéolyse en utilisant la technique CE-LIF si la concentration du substrat protéique initial est inférieure à 10-7 M. Ceci est attribué à la dilution supplémentaire lors de la protéolyse. Alors, afin d’utiliser le CE-LIF pour évaluer l’efficacité de la digestion par enzyme immobilisée à faible concentration de substrat,nous proposons d’utiliser des substrats protéiques marqués de fluorophores pouvant être purifiés et dilués. Trois méthodes de marquage fluorescent de protéine sont décrites dans ce mémoire pour étudier les enzymes solubles et immobilisées. Les fluorophores étudiés pour le marquage de protéine standard incluent le naphtalène-2,3-dicarboxaldéhyde (NDA), la fluorescéine-5-isothiocyanate (FITC) et l’ester de 6-carboxyfluorescéine N-succinimidyl (FAMSE). Le FAMSE est un excellent réactif puisqu’il se conjugue rapidement avec les amines primaires des peptides. Aussi, le substrat marqué est stable dans le temps. Les protéines étudiées étaient l’-lactalbumine (LACT), l’anhydrase carbonique (CA) et l’insuline chaîne B (INB). Les protéines sont digérées à l’aide de la trypsine (T), la chymotrypsine (CT) ou la pepsine (PEP) dans leurs formes solubles ou insolubles. La forme soluble est plus active que celle immobilisée. Cela nous a permis de vérifier que les protéines marquées sont encore reconnues par chaque enzyme. Nous avons comparé les digestions des protéines par différentes enzymes telles la chymotrypsine libre (i.e., soluble), la chymotrypsine immobilisée (i.e., insoluble) par réticulation avec le glutaraldéhyde (GACT) et la chymotrypsine immobilisée sur billes d’agarose en gel (GELCT). Cette dernière était disponible sur le marché. Selon la chymotrypsine utilisée, nos études ont démontré que les cartes peptidiques avaient des différences significatives selon le nombre de pics et leurs intensités correspondantes. De plus, ces études nous ont permis de constater que les digestions effectuées avec l’enzyme immobilisée avaient une bonne reproductibilité. Plusieurs paramètres quantitatifs ont été étudiés afin d’évaluer l’efficacité des méthodes développées. La limite de détection par CE-LIF obtenue était de 3,010-10 M (S/N = 2,7) pour la CA-FAM digérée par GACT et de 2,010-10 M (S/N = 4,3) pour la CA-FAM digérée par la chymotrypsine libre. Nos études ont aussi démontrées que la courbe d’étalonnage était linéaire dans la région de travail (1,0×10-9-1,0×10-6 M) avec un coefficient de corrélation (R2) de 0,9991.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

A Comparative Study of Fiber Optic Humidity Sensors Based on Chitosan and Agarose

A comparative study of two biopolymer based fiber optic humidity sensors is presented in this paper. Sensing elements Agarose and Chitosan swells in the presence of water vapour and undergoes changes in refractive index and modulates the intensity of light propagating through a fiber with Agarose or Chitosan as cladding.

Synthesis of prebiotic galactooligosaccharides from lactose using bifidobacterial β-galactosidase (BbgIV) immobilised on DEAE-Cellulose, Q-Sepharose and amino-ethyl agarose

The bifidobacterial β-galactosidase BbgIV was immobilised on DEAE-Cellulose and Q-Sepharose via ionic binding and on amino-ethyl- and glyoxal-agarose via covalent attachment, and was then used to catalyse the synthesis of galactooligosaccharides (GOS). The immobilisation yield exceeded 90 % using ionic binding, while it was low using aminoethyl agarose (25 – 28 %) and very low using glyoxal agarose (< 3 %). This was due to the mild conditions and absence of chemical reagents in ionic binding, compared to covalent attachment. The maximum GOS yield obtained using DEAE-Cellulose and Q-Sepharose was similar to that obtained using free BbgIV (49 – 53 %), indicating the absence of diffusion limitation and mass transfer issues. For amino-ethyl agarose, however, the GOS yield obtained was lower (42 – 44 %) compared to that obtained using free BbgIV. All the supports tried significantly (P < 0.05) increased the BbgIV operational stability and the GOS synthesis productivity up to 55 °C. Besides, six successive GOS synthesis batches were performed using BbgIV immobilised on Q-Sepharose; all resulted in similar GOS yields, indicating the possibility of developing a robust synthesis process. Overall, the GOS synthesis operation performance using BbgIV was improved by immobilising the enzyme onto solid supports, in particular on Q-Sepharose

Development of films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) cross linked with glutaraldehyde

Both gelatin and poly(vinyl alcohol) (PVA) can be cross linked with glutaraldehyde (GLU). In the case of gelatin, the GLU reacts with each e-NH2 functional group of adjacent lysine residues, while for PVA, the GLU reacts with two adjacent hydroxyl groups, forming acetal bridges. Thus it can be considered possible to cross link adjacent macromolecules of gelatin and PVA using GLU. In this context, the aims of this work were the development of biodegradable films based on blends of gelatin and poly(vinyl alcohol) cross linked with GLU, and the characterization of some of their main physical and functional properties. All the films were produced from film-forming solutions (FFS) containing 2 g macromolecules (PVA + gelatin)/100 g FFS, 25 g glycerol/100 g macromolecules, and 4 g GLU (25% solution)/100 g FFS. The FFS were prepared with two concentrations of PVA (20 or 50 g PVA/100 g macromolecules) and two reaction temperatures: 90 or 55 degrees C, applied for 30 min. The films were obtained after drying (30 degrees C/24 h) and conditioning at 25 degrees C and 58% of relative humidity for 7 days, and were then characterized. The results for the color parameters, mechanical properties, phase transitions and infrared spectra showed that some chemical modifications occurred, principally for the gelatin. However, in general, all the characteristics of the films were either typical of films based on blends of these macromolecules without cross linking, or slightly higher. A greater improvement in the properties of this material was probably not observed due to the crystallinity of the PVA, which has a melting point above 90 degrees C. The presence of microcrystals in the polymer chain probably reduced macromolecular mobility, hindering the reaction. Thus more research is necessary to produce biodegradable films with improved properties. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Thermal and spectrophotometric studies of new crosslinking method for collagen matrix with glutaraldehyde acetals

Despite the many existing crosslinking procedures, glutaraldehyde (GA) is still the method of choice used in the manufacture of bioprosthesis. The major problems with GA are: (a) uncontrolled reactivity due to the chemical complexity or GA solutions; (b) toxicity due to the release of GA from polymeric crosslinks; and (c) tissue impermeabilization due to polymeric and heterogeneous crosslinks formation, partially responsible for the undesirable calcification of the bioprosthesis. A new method of crosslinking glutaraldehyde acetals has been developed with GA in acid ethanolic solution, and after the distribution inside de matrix, GA is released to crosslinking. Concentrations of hydrochloride acid in ethanolic solutions between 0.1 and 0.001 mol/L with GA concentration between 0.1 and 1.0% were measured in an ultraviolet spectrophotometer to verify the presence of free aldehyde groups and polymeric compounds of GA. After these measurements, the solutions were used to crosslink bovine pericardium. The spectrophotometric results showed that GA was better protected in acetal forms for acid ethanolic solution with HCl at 0.003 mol/L and GA 1.0%(v/v). The shrinkage temperature results of bovine pericardium crosslinked with acetal solutions showed values near 85 C after the exposure to triethylamine vapors.

Coeficientes de difusão de metais em materiais não convencionais (agarose e acetato de celulose) usados na técnica de difusão em filmes finos por gradientes de concentração

The DGT technique allows one to measure quantitatively free and labile metal species in aquatic systems. Nevertheless, for this approach, knowledge is required of the diffusion coefficients of the analytes in a diffusive layer. In this study, the diffusion coefficients of Hg(II), As(III), Mn(II), Mg(II), Cu(II), Cd(II) were determined in agarose gel and those of Ba(II), Cd(II), Cu(II), Mg(II), Mn(II) e Zn(II) in cellulose acetate membranes. These materials presented good performance and the reported results can be used as a data base for further DGT studies.

Proteinograma sérico de veados-catingueiro (Mazama gouazoubira) criados em cativeiro obtido por eletroforese em gel de agarose e de poliacrilamida (SDS PAGE)

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Bovine pericardium retail preserved in glutaraldehyde and used as a vascular patch

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Healing process in anastomosis of homologous venous grafts preserved in glutaraldehyde implanted aorta of rabbits

Aim. Autologous vein (AV) is sometimes not suitable or present for a vascular restoration. Homologous vein preserved in glutaraldehyde may be an alternative to AV, but little is yet known about this graft and its healing process after implantation in arteries. The purpose of this study was to compare the initial healing process of glutaraldehyde-tanned homologous venous grafts (group 1) with fresh autologous venous grafts (group 2), at 4 or 15 days.Methods. Forty Norfolk rabbits were allocated in 2 groups of 20 animals each. The grafts was interposed in the infra-renal aorta of the rabbit. Anastomotic tensile strength (TS), hydroxyproline (HP) determination, and histology (HA) were performed.Results. TS increased in both groups, from the 4th to 15th day, (p < 0.01) in both proximal (G1: from 364.5 &PLUSMN; 98.3 g to 491.8 &PLUSMN; 107.3 g; G2: from 366.26 &PLUSMN; 85.15 g to 518.46 &PLUSMN; 82.79 g) and distal anastomosis (GI: from 363.53 &PLUSMN; 96.26 g to 507.32 &PLUSMN; 91.01 g; G2: from 352.30 &PLUSMN; 102.41 g to 528.67 &PLUSMN; 48.58 g), with no difference between the groups. HP did not change (p > 0.10) in this same period and was similar in both groups, in the proximal (GI: from 677.99 +/- 153.98 mug/100 mg to 914.92 +/- 459.83 mug/100 mg; G2: from 668.65 +/- 170.28 mug/100 mg to 669.46 +/- 319.80 mug/100 mg) as well as in the distal anastomosis (G1:from 740.07 +/- 213.53 mug/100 mg to 923.52 +/- 270.57 mug/100 mg; G2: from 737.66 +/- 266.76 mug/100 mg to 707.68 +/- 171.25 mug/100 mg). Initial inflammatory and reparative features of the anastomosis were similar in both groups.Conclusion. We can conclude that the healing process of the glutaraldehyde-tanned homologous vein graft was similar to that of the fresh autologous venous graft.

Glutaraldehyde-treated homologous vein graft as a vein substitute: experimental study in rabbits

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Voltammetric sensor for amoxicillin determination in human urine using polyglutamic acid/glutaraldehyde film

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Emprego do cell block de agarose como método complementar no diagnóstico citológico de tumores mamários caninos

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)